[发明专利]复合型钛酸锂薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种复合型钛酸锂薄膜及其制备方法与应用。所述复合型钛酸锂薄膜的制备方法包括的步骤有：将钛酸锂靶材和能量密度贡献主体元素靶材在惰性气氛下进行共溅射处理，在基体上生长复合型钛酸锂薄膜。本发明复合型钛酸锂薄膜的制备方法将钛酸锂靶材和能量密度贡献主体元素靶材直接采用共溅射法沉积形成。使得生长的复合型钛酸锂薄膜具有丰富的通道结构，且结构稳定，可以提供高的锂离子传输速率，提供了良好的循环可逆性，保持了较高的比容量；同时有效阻止电解液与纳米级能量密度贡献主体元素的直接接触，可以减少和阻止电解液与能量密度贡献主体之间的不可逆副反应，减少固体电解质膜(SEI)的产生。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，尤其涉及一种复合型钛酸锂薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂电池由于其安全，容量高、能量密度大、造价低廉、循环寿命长、工作电压高等优点，成为当今最具潜力的能量储存体系之一，并已得到广泛运用。如由于锂电池便捷可携带的特点使其作为一种便携式新型能源在众多电子产品领域获得了广泛地运用。其中，电极材料的性能直接决定了锂离子电池的性能。

目前，锂离子电池用负极材料的重点研究方向正朝着高比容量，大倍率高循环性能和高安全性能的动力型电池材料方向发展。传统的碳材料由于具有低倍率性能好和循环性能好的特点，是最早使用也是使用最多的负极材料。但碳材料的理论容量低(372mAh/g)，由于低电压下易形成枝晶造成电池内部短路，从而使其大电流充放电的安全性变差，使得人们寻找在比碳负极稍正的电位下嵌锂的安全可靠的新型负极材料。具有尖晶石结构的钛酸锂作为负极材料不仅提高了充放电电压，而且在脱嵌锂过程中形成的两种物晶格参数相近，体积效应小，被称为零应变材料。尤其是Li₄Ti₅O₁₂以其1.5V(vs.Li/Li+)左右的电压平台，接近100％的充放电效率和优越的循环性能广受关注。是一种很具有潜力的动力型锂离子电池负极材料。

虽然钛酸锂材料具有上述良好的电学性能，但是由于其自身特性的原因，在电池中作为负极材料使用中其与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出，因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气，导致电芯鼓包，电性能也会大幅下降，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。同时在应用中发现钛酸锂还存在较差的电子导电性，这就限制了其高倍率性能。因此需要通过对其改性来改善其导电性，从而提高钛酸锂的大倍率性能。目前能够改善钛酸锂倍率性能的方法主要有：纳米化、形貌控制、金属掺杂以及氮化处理等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合型钛酸锂薄膜及其制备方法，以解决现有钛酸锂存在电子导电性较差和与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出的技术问题。

本发明的另目的在于提供一种电极片和电极片的应用，以解决现有含钛酸锂的电极片存在充放循环和大倍率性能不理想的技术问题。

为了实现本发明的发明目的，本发明的一方面，提供了一种复合型钛酸锂薄膜的制备方法。所述复合型钛酸锂薄膜的制备方法包括如下步骤：

将钛酸锂靶材和能量密度贡献主体元素靶材在惰性气氛下进行共溅射处理，在基体上生长复合型钛酸锂薄膜。

本发明的另一方面，提供了一种复合型钛酸锂薄膜。所述复合型钛酸锂薄膜是由本发明复合型钛酸锂薄膜的制备方法生长形成。

本发明的又一方面，提供了一种电极片。所述电极片包括集流体，在所述集流体表面上还结合有复合型钛酸锂薄膜，所述复合型钛酸锂薄膜是按照本发明制备方法在所述集流体上生长形成。

本发明的再一方面，提供本发明电极片的应用。所述电极片在制备锂离子电池或超级电容器中的应用。