[发明专利]一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池

说明书

本发明是关于一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池，涉及电池技术领域。主要采用的技术方案为：一种钛酸锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。一种钛酸锂复合材料由上述方法制备而成。一种负极片包括上述的钛酸锂复合材料；一种锂离子电池包括上述的负极片。本发明主要用于提供一种导电性能好的钛酸锂复合材料，且该钛酸锂复合材料用于锂离子电池的负极活性材料时，能提高锂离子电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种电池技术领域，特别是涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料的逐渐枯竭，当今人类正面临着前所未有的能源危机，在合理利用和节约不可再生资源的同时，寻找和开发可再生能源势在必行。然而，在开发和利用太阳能、风能和地热能等可再生能源的过程中必然用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等可循环使用的储能设备。在诸多的化学储能电池中，锂离子电池因其高工作电位、高能量密度、长循环寿命、自放电小、使用温度范围广、无记忆效应等特点而备受瞩目。

目前，锂离子电池的负极材料大多采用各种嵌锂碳材料。但是，由于炭电极的电势与金属锂的电势很接近，当电池过充时，炭电极表面易析出金属锂，会形成枝晶而引起短路，温度过高时易引发热失控。尖晶石Li₄Ti₅O₁₂相对于金属锂的电极电势为1.55V，反应有着十分平坦的充放电平台，安全性能好；并且Li₄Ti₅O₁₂是一种“零应变”插入材料，在充放电过程中具有极其稳定的结构和优良的循环性能。尽管Li₄Ti₅O₁₂的理论比容量只有175mA·h/g，但由于其可逆锂离子脱嵌比例接近100％，故其实际比容量一般保持在150-160mA·h/g。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的导电性能较差，在高倍率充放电过程中易产生较大极化，制约了其在锂离子电池中的应用。

针对钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)材料存在的上述缺点，现有技术主要采用以下两种较为有效的手段对钛酸锂材料进行改性：第一、离子掺杂改性，目前研究过的掺杂离子主要有Mg²⁺、Al³⁺、Sn⁴⁺、W⁴⁺、Ni⁴⁺、V⁵⁺和F^-等；引入少量的金属元素不仅可以有效提高钛酸锂材料的导电性，还可以降低氧化还原反应电压或者导致的较低电势下出现额外的电压平台；但是，现有技术主要采用固相法进行离子掺杂；而传统的固相法虽然操作简单，对设备要求低，但是其合成的产物颗粒不均匀、晶形不规则、粒径分布范围广且合成周期长，难以实现钛酸锂材料的高效利用。第二、炭包覆/复合改性，其主要是以石墨烯、乙炔黑、多壁碳纳米管等作为炭源来对钛酸锂进行包覆或与钛酸锂进行复合，来提高钛酸锂材料的电子电导率；然而，受材料之间的亲和性及制备、搅拌设备的限制，石墨烯等碳源的分散问题以及其与钛酸锂材料的复合效果依然不佳，使得所制备的电极的电池容量及倍率性能不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池，主要目的在于提供一种导电性能好的钛酸锂复合材料，且该钛酸锂复合材料用于锂离子电池的负极活性材料时，能提高锂离子电池的倍率性能。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；

2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。