[发明专利]复合钛酸锂材料及其制备方法与锂电池

说明书

本发明提供了一种复合钛酸锂材料及其制备方法与锂电池，所述复合钛酸锂材料包括具有空心立方体结构的钛酸锂和包覆在钛酸锂表面的铈锆固溶体，一方面，空心立方体结构的钛酸锂具有较高的比表面积，能够缩短电子传输路径，提高钛酸锂材料的电子导电率，从而能提高制得的锂离子电池的倍率性能和循环性能；另一方面，通过将铈锆固溶体包覆在钛酸锂表面，能够提高微米级立方体形貌钛酸锂整体的稳定性，从而能提高制得的锂离子电池的倍率性能和循环性能，可将以本发明的复合钛酸锂材料为负极材料制得的锂离子电池用于电动车，更进一步地，可将其作为共享锂电池使用。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，具体涉及一种复合钛酸锂材料及其制备方法与锂电池。

背景技术

随着城市的飞速发展，人们的节能环保意识不断增强，电动车越来越受人们的重视，电动车在工作时不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，且电动车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，从而能将有限的石油用于更重要的方面；此外，电动车较内燃机车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，因而受到了很多行业的关爱。

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，被广泛应用于电动车等领域。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是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。

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，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。鉴于此，亟需提供一种新型的复合钛酸锂材料，使得使用该复合钛酸锂材料的锂离子电池具有较好的倍率性能和循环性能，且使其能更好的作为共享锂电池使用。

发明内容

本发明提供了一种复合钛酸锂材料及其制备方法与锂电池，应用该复合钛酸锂材料作为负极材料的锂离子电池具有较好的倍率性能和循环性能，可以在市场上作为共享锂电池使用。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

本发明第一方面，提供了一种复合钛酸锂材料，包括具有空心立方体结构的钛酸锂和包覆在所述具有空心立方体结构的钛酸锂表面的铈锆固溶体；所述铈锆固溶体通式为Ce_xZr_1-xO₂，式中0.3≤x≤0.8。

本发明第二方面，提供一种制备上述复合钛酸锂材料的方法，包括如下步骤：

(1)将氯化钙、钛源、聚乙二醇200与甲醇混合，加入碳酸钠，在110～140℃下进行反应5～8h，过滤，制得CaTiO₃；

(2)将步骤(1)制备得到的CaTiO₃与乙二胺四乙酸二钠、乙二醇混合，在175～200℃下进行反应10～14h，过滤，制得空心立方体TiO₂；

(3)将步骤(2)制备得到的TiO₂与二水合氢氧化锂混合，加入无水乙醇形成反应体系并在乙醇的回流温度下进行反应，浓缩，干燥，煅烧，制得空心立方体Li₄Ti₅O₁₂；