[发明专利]Li4Ti5O12复合材料、制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，且特别涉及一种Li₄Ti₅O₁₂复合材料、制备方法及锂离子电池。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，作为主要能源的煤、石油和天然气等化石燃料日益枯竭，环境污染不断加剧，开发新能源和可再生清洁能源已成为当务之急。而在众多新能源技术中，储能成为最为关键的环节。动力锂离子电池虽然不是一种产生能源的体系，却因为其清洁、安全和便利等优势在国民经济和日常生活中发挥着越来越重要的作用。

与商业化的嵌锂碳相比，Li₄Ti₅O₁₂负极材料脱嵌锂过程晶体体积变化小、循环稳定性良好、安全性优越，具有更高的安全稳定性以及更好的电化学性能，而与合金类的负极材料相比，Li₄Ti₅O₁₂的价格更低廉且制备更容易。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的导电性能差，限制了它的倍率性能，其循环性能也不尽人意，阻碍了它的大规模使用。

发明人研究发现，通过减小颗粒尺寸，掺杂阴阳离子和包覆等方法，可以有效共弥补Li₄Ti₅O₁₂材料的性能缺陷，提高其电化学性能。目前应用最广的是通过碳包覆Li₄Ti₅O₁₂材料来改善其电化学性能，CN104993118A公开了一种锂离子负极材料Li₄Ti₅O₁₂/C的合成方法，将二氧化钛和有机碳源加水混合，球磨处理后喷雾造粒，得到碳包覆二氧化钛粉体；然后加入锂源球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；再进行高温热处理，经过气流分级即得到锂离子负极材料Li₄Ti₅O₁₂/C。但碳包覆虽然可以改善电极材料的电导率，但碳含量过多会降低材料的振实密度，导致体积比能量的降低，碳包覆改性Li₄Ti₅O₁₂材料的倍率性能和循环稳定性也仍有待进一步加强和提高。

发明人研究发现，Li₄Ti₅O₁₂的电子电导率低，一般的工艺是采用在材料表面包覆蔗糖、葡萄糖等的有机热解碳。但是与一般导电性差的材料相比，Li₄Ti₅O₁₂在锂离子嵌入之后，材料的导电性会增加。蔗糖等热解碳的主要作用是防止在合成过程中Li₄Ti₅O₁₂团聚为更大的颗粒，而颗粒粒径的增加使得锂离子在固体内部扩散距离增加，从而使材料的电化学性能下降。而作为导电材料，蔗糖的有机物的热解碳的导电性能并不高。如何进一步提高Li₄Ti₅O₁₂的导电性能，改善Li4Ti5O12的电化学性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li₄Ti₅O₁₂复合材料的制备方法，在Li₄Ti₅O₁₂材料合成过程中添加导电性材料，有效防止颗粒团聚并提高材料的导电性，制备方法简单、易操作，程序简约，适用于工业化大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种Li₄Ti₅O₁₂复合材料，此Li₄Ti₅O₁₂材料导电性能好、电化学性能优异。

本发明的第三个目的在于提供一种锂离子电池，此电池成本低廉，性能优越。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种Li₄Ti₅O₁₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：