[发明专利]一种钛酸锂材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛酸锂材料及其制备方法与包含该钛酸锂材料的钛酸锂电池，属于锂离子电池负极材料制备技术领域，本发明所述钛酸锂材料具有空心的立方体结构，一方面，通过空心结构的构筑，能够显著提高钛酸锂材料的比表面积，缩短电子传输路径，提高钛酸锂材料的电子导电率，进而提高其电化学动力学性能；另一方面，通过立方体形貌的设计，能够提高微米级立方体形貌整体的稳定性，同时，还有助于暴露纳米级颗粒的活性晶面，从而能提高钛酸锂材料的倍率性能和电化学活性。因此，本发明所述的钛酸锂材料，与现有技术中的钛酸锂相比，比表面积更好、结构更稳定、反应活性更高。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种钛酸锂材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，具有良好的电压平台、优秀的循环稳定性和热稳定性、价格低廉等优势，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式电动工具、电子仪表和电动汽车等领域。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为锂离子电池负极的常用材料，其具有“零应变”脱嵌锂结构、超长的循环寿命、平稳的充放电电压平台和优异的安全性能等优势，并且价格低廉，易于制备，因而受到了广泛关注，特别是在动力电池领域。

目前，常用的钛酸锂材料的制备方法为高温固相法，其是将锂源(碳酸锂或氢氧化锂)和钛源(二氧化钛)研磨均匀，而后直接在马弗炉中高温煅烧后制得钛酸锂。该制备方法具有工艺简单、流程较短等优势。然而，上述方法是在高温下进行化学锂化，一方面，使得制得的钛酸锂颗粒较大、且其形貌不统一，尺寸不均匀，使得生成的钛酸锂颗粒本身的电子导电性和离子导电性均较差，严重影响了钛酸锂材料的的大电流充放电，且上述方法制得的钛酸锂容易发生结构坍塌和颗粒的粉化，使得其作为锂离子电池负极材料使用时严重限制了锂离子电池的倍率性能和循环性能，因而制约了其在高功率电池体系中的应用。虽然目前市场上尝试通过采用包覆和离子掺杂等方法改善钛酸锂材料的的电子导电性，但该制备方法工艺繁杂，且对制得的钛酸锂材料的导电性能改善较少。

因此，如何对现有的钛酸锂材料及其制备方法进行改进以提高其电子导电率和倍率性能，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中钛酸锂材料的电子导电率和倍率性能较差的缺陷，从而提供一种钛酸锂材料，并进一步提供了其制备方法和包含该钛酸锂材料的钛酸锂电池。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

本发明提供了一种钛酸锂材料，所述钛酸锂具有空心立方体结构。

本发明还提供了一种制备上述钛酸锂材料的方法，包括如下步骤：

(1)前驱立方体CaTiO₃的制备

将氯化钙、钛源、高分子聚合物与无水乙醇混合，加入氢氧化钠，在150～180℃下进行水热反应，过滤，所得固体即为前驱立方体CaTiO₃；

(2)空心立方体TiO₂的制备

将步骤(1)制备得到的前驱立方体CaTiO₃与金属有机化合物、水、乙二醇混合，在140～180℃下进行水热反应，过滤，所得固体即为空心立方体TiO₂；

(3)空心立方体Li₄Ti₅O₁₂的制备