[发明专利]一种高倍率球状氧化合金复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高倍率球状氧化合金复合电极材料，其为一种或多种金属离子掺杂的氧化合金锂化物，所述氧化合金锂化物的表面同时包覆有金属氧化物，同时表面还复合有高导电碳相，其为由纳米粒子聚集成的二次球状粒子，化学通式为Li₄Ti_5‑xM_xO₁₂·(M_yO)，其通过金属离子掺杂和复合高导电碳相可以极大提高尤其是高倍率下氧化合金锂化物的导电性，改善电化学性能，并通过控制条件工艺合金属离子的量，在氧化合金锂化物表面包覆金属氧化物，有效抑制电解液还原分解，抑制产气，进而改善电池的循环稳定性，有效改善胀气问题，延长大倍率充电循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种高倍率球状氧化合金复合电极材料及其制备方法，属于新能源领域。

背景技术

目前，锂离子电池占据了可充电池的最大市场份额，被广泛应用于手机、笔记本电脑、MP3等民用便携式电子设备，近年来，人们也逐渐将其应用于动力设备，锂离子电池与石油的混合动力汽车也已进入市场。市售的锂离子电池所采用的负极材料多为碳材料，但它存在一个致命的问题，即当电池快充或过充时，电极材料表面可能会析出金属锂，并形成枝晶造成短路，这不仅会降低产品使用寿命，同时也存在安全隐患。随着锂离子电池市场的迅速增大，迫切需要安全性能更好的新型负极材料。

尖晶石型钛酸锂负极具有锂离子的三维扩散通道，在充放电过程中，钛酸锂的晶型结构几乎没有发生变化，被称为“零应变材料”，因此以钛酸锂作为负极的锂离子电池的循环寿命可以达到万次以上，是传统锂离子电池的5-10倍。钛酸锂的嵌锂电位为1.55V（Vs.Li⁺/Li），避免了过低电位下锂枝晶的析出，降低了电池内部短路的风险，具有极高的安全性。钛酸锂电池能够承受10C以上连续充电和放电，相当于6min即可充满电，能够满足储能电站调峰调谷的大倍率性能的要求。低温（-40℃）和高温（60℃）性能优异，能够在绝大部分地区和环境中使用。因此钛酸锂电池超长的循环寿命、较高的安全性能、优异的倍率性能和高低温性能、以及较低的全生命周期成本等优点，特别适用于要求长寿命、高安全、低成本的绿色储能技术及客车领域。

目前商品化的钛酸锂在使用过程中存在着较差的分散加工性能、较差的大倍率充放电循环寿命和严重的胀气现象，针对于以上缺陷，CN105406046A公开了一种钛酸锂负极材料，包括一次颗粒，一次颗粒的成分为钛酸锂，在一次颗粒表面包覆一内包覆层，一次颗粒聚集成二次颗粒，二次颗粒的外表面整体包覆一外包覆层，其通过一次烧结，阻止原料焙烧过程中颗粒的过度生长，保持一次颗粒的纳米化和增加电导率，二次包覆确保完整性并解决胀气问题，但是其制备方法过程繁琐复杂，因此进一步寻找克服分散加工性能差、大倍率充放电循环寿命短和胀气的方案，仍是工业化过程中需要亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能有效改善胀气问题和高倍率充放电性能，并能提高循环寿命的高倍率球状氧化合金复合电极材料，并同时提供其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

技术主题一

本发明提供了一种高倍率球状氧化合金复合电极材料，为一种或多种金属离子掺杂、复合有高导电碳相的氧化合金锂化物，所述氧化合金锂化物的表面同时包覆有金属氧化物，其为由纳米粒子聚集成的二次球状粒子，化学通式为Li₄Ti_5-xM_xO₁₂·(M_yO)，其中M为掺杂包覆金属离子。

进一步地，所述纳米粒子的D50为100～500nm，所述球状粒子的D50为10～35μm。

进一步地，其中0.05≤x+y≤0.2，0.01≤y≤0.05。

进一步地，所述掺杂包覆金属离子M选自：镁、钙、锶、钡、钇、锆、铌、钼、钒、铬、铜、锌、银和镉中任意一种或两种以上组合。