[发明专利]零应变杂化LTO锂电池负极材料的制备方法及含该负极材料的锂电池负极

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体地指一种零应变杂化LTO锂电池负极材料的制备方法及含该负极材料的锂电池负极。

背景技术

Li₄Ti₅O₁₂(LTO)是一种用作锂离子电池的负极材料，LTO相对于碳材料负极具有高度安全性和稳定性，因此成为了安全型锂离子电池负极中广受关注的备选材料。作为负极材料，LTO具有稳定的放电电压平台(1.55V vs Li⁺/Li)且充放电过程中体积几乎不发生任何变化，具有“零应变”特性，因此具有非常好的循环性能。LTO在常温下的化学扩散系数比碳负极材料高1个数量级，充放电速度很快。但是，钛酸锂是一种绝缘材料，其导电性差，在大电流充放电时容量衰减快、倍率性能较差。

为了提高LTO材料电子电导率和大倍率充放电性，授权公告号为CN103022461B的中国发明专利公开了一种稀土金属掺杂的微纳钛酸锂负极材料及制备方法，该方法采用球形二氧化钛为初始原料，以水或乙醇为反应溶剂，通过水热反应以及煅烧处理，制备得稀土金属掺杂的钛酸锂。然而，该制备方法中掺杂稀土金属，使得成本大幅度增加。申请公布号为CN 102610824 A的中国发明专利公开了一种纳米级Li₄Ti₅O₁₂/Ag锂离子负极材料的制备方法，该方法采用的是水热合成法与固相处理相结合，钛源在溶剂中水解再与锂源在高温下发生反应，在制备的过程中，掺杂Ag，但是Ag在Li₄Ti₅O₁₂中分布不均，会造成导电率低。

综上所述，现有方法制备的钛酸锂(LTO)制得的负极材料的电子导电率普遍比较低，导致使用该负极材料的锂离子电池的高倍率性能较差，这严重限制了锂离子电池在动力汽车领域的应用。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种零应变杂化LTO锂电池负极材料的制备方法及含该负极材料的锂电池负极，该负极材料能有效的解决锂电池在充放电时体积变化问题，解决了延长锂电池的循环寿命的关键。

为实现上述目的，本发明所提供的一种零应力杂化LTO锂电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：先将Li₂CO₃和TiO₂进行焙烧处理后冷却至室温，再经分散处理，得到纯相Li₄Ti₅O₁₂；然后将纯相Li₄Ti₅O₁₂与金属掺杂剂进行煅烧处理，自然冷却即得零应变杂化LTO锂电池负极材料。

进一步地，所述Li₂CO₃与TiO₂的加入量按摩尔比n(Li)：n(Ti)＝4～4.2:5。最佳地，所述Li₂CO₃与TiO₂的加入量按摩尔比n(Li)：n(Ti)＝4.2:5。

进一步地，所述Li₄Ti₅O₁₂与金属掺杂剂的加入量按质量比为9.9～9.5:0.1～0.5。

优选地，所述Li₄Ti₅O₁₂与金属掺杂剂的加入量按质量比为9.7～9.5:0.3～0.5。

最佳地，所述Li₄Ti₅O₁₂与金属掺杂剂的加入量按质量比为9.5:0.5。

进一步地，所述金属掺杂剂选自AgNO₃、CuO、Cu中的一种。

进一步地，所述焙烧处理具体为：在氩气氛围下，以5～10℃/min的速率升温至650～900℃，再保温10～15h。

进一步地，所述分散处理具体为球磨破碎或者电磁破碎。

进一步地，所述煅烧处理具体为：在氩气氛围下，于650～900℃温度条件下煅烧2～6h。

本发明还提供了一种含有上述方法制成的零应变杂化LTO锂电池负极材料的锂电池负极，该锂电池负极由零应力杂化LTO锂电池负极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯组成，所述零应变杂化LTO锂电池负极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比为8:1:1。