[发明专利]一种钛酸锂复合材料及其制备方法，钛酸锂电池

说明书

本发明涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法，钛酸锂电池。该钛酸锂复合材料包括钛酸锂颗粒以及包覆在钛酸锂颗粒表面的铝膜。本发明提供的钛酸锂复合材料，在钛酸锂颗粒的表面包覆铝膜，进而提高钛酸锂复合材料的导电性。试验表明，在钛酸锂颗粒的表面包覆铝膜，在提高负极材料导电性的同时可有效提高振实密度，从而有利于钛酸锂负极材料的克容量发挥及首次效率的提高；电化学试验结果表明，使用该钛酸锂复合材料的钛酸锂电池的循环性能、倍率性能得到明显改善。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法，钛酸锂电池。

背景技术

目前商品化锂离子电池常用的负极材料主要是石墨类材料，如天然石墨、人造石墨、硬碳、中间相碳微球等。尖晶石结构钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)与传统石墨类负极材料相比，具有不可替代的优势：(1)其嵌锂电位高(约1.55V)，充放电过程中不会析出锂枝晶，可以有效避免锂枝晶刺穿隔膜引起的短路现象，安全性能好，从材料上消除了锂离子电池的安全隐患；(2)充放电过程中，材料结构几乎不发生任何变化，是一种“零应变”材料，循环性能好；(3)锂离子化学扩散系数比石墨高一个数量级，适合快速充放电；(4)充放电电压平稳，平台电压容量超过总容量的90％。

钛酸锂作为负极材料应用的主要缺点在于电子导电性差，固有电导率仅为10^-9S/cm，且大电流放电易产生较大极化，这些缺点限制了其商品化的应用。目前，常采用对钛酸锂的包覆改性来改善上述问题。

申请公布号为CN104362325A的专利公开了一种碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法，其是以钛酸锂、二氧化钛和邻二氮菲为原料制备钛酸锂/碳复合前驱体，然后将该前驱体在氩气中于750℃焙烧8h制得碳包覆钛酸锂负极材料。该钛酸锂负极材料的电子导电性虽有改善，但仍需进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸锂复合材料，从而解决现有钛酸锂负极材料的电子导电性较差的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述钛酸锂复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供使用上述钛酸锂复合材料的钛酸锂电池。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钛酸锂复合材料，包括钛酸锂颗粒以及包覆在钛酸锂颗粒表面的铝膜。

本发明提供的钛酸锂复合材料，在钛酸锂颗粒的表面包覆铝膜，进而提高钛酸锂复合材料的导电性。试验表明，在钛酸锂颗粒的表面包覆铝膜，在提高负极材料导电性的同时可有效提高振实密度，从而有利于钛酸锂负极材料的克容量发挥及首次效率的提高；电化学试验结果表明，使用该钛酸锂复合材料的钛酸锂电池的循环性能、倍率性能得到明显改善。

所述钛酸锂颗粒的粒径为0.5～5μm。优选的，所述钛酸锂颗粒的粒径为0.5～2μm。

所述铝膜的厚度为5nm～10nm。铝膜的厚度控制在上述范围内，可以在不影响材料能量密度的条件下，有效避免位于内核的钛酸锂直接与电解液接触，降低其副反应的发生机率；同时，在该厚度范围内，对锂离子的嵌出通道基本无影响。

采用上述优选粒径大小的钛酸锂和合适厚度的铝膜，可对钛酸锂颗粒的表面形态进行改善，最大程度地改进导电性和振实密度，进而提高负极材料的电化学性能。

上述钛酸锂复合材料的制备方法，包括：利用磁控溅射在钛酸锂颗粒表面包覆铝膜。

磁控溅射时，在与靶材相向的工作台上平铺钛酸锂颗粒，然后经抽真空、通入工作气体，对钛酸锂颗粒进行溅射包覆铝膜。为优化铝膜的包覆效果，可将钛酸锂颗粒平铺在微型振动装置基板上，调节振动频率和功率，使钛酸锂颗粒均匀分散。采用该振动方法可使铝膜的包覆效果得到明显改善。