[发明专利]一种锶掺杂的钛酸锂复合电极材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种锶掺杂的钛酸锂复合电极材料及其制备方法，包括以下步骤：S1：按化学计量比称量Li2CO3、SrCO3和TiO2，将其混合均匀后，得到混合物；S2：将混合物高温下煅烧处理，煅烧温度600‑1000℃，煅烧时间2‑30h，自然冷却后，得到锶掺杂的钛酸锂复合电极材料；其中，锶掺杂的钛酸锂复合电极材料中钛酸锂与Li2SrTi6O14的摩尔比为1:3‑3:1。本发明中，采用经典固相法制备了锶掺杂的钛酸锂复合电极材料，并将其用于构建锶掺杂的钛酸锂复合电极和磷酸铁锂/钛酸锂电池。锶掺杂的钛酸锂复合电极相较于单纯钛酸锂电极来说，表现出更好的倍率特性，并表现出倾斜的充电曲线，从电极材料本体上来说，非常有利的于所构建电池的充电深度管理，可以有效避免过充对电池造成的不可逆损坏。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，尤其涉及一种锶掺杂的钛酸锂复合电极材料的制备方法及应用方法。

背景技术

钛酸锂电极材料由于工作电压高(1.5V vs.Li/Li+)，因此表现出更好的安全性能。在充放电过程中的“零应变”效应，使得钛酸锂电极材料具有超长的循环寿命，被逐步应用于下一代高安全长寿命电池体系。其中，磷酸铁锂和钛酸锂与其他锂离子电池材料相比，所表现出的优越的循环性能和稳定性，使得它们在汽车启停电池以及储能电池领域具有极高应用价值。

由于钛酸锂的锂嵌入-脱出过程是典型的两相反应，如果Li₄Ti₅O₁₂负极与其他两相反应的正极材料匹配组成全电池时，例如磷酸铁锂(LiFePO₄)/钛酸锂电池，这种两相反应构筑的全电池体系的充电和放电曲线曲线，在平台区表现的非常平坦，而容量充放结束时，会接近垂直上升或者下降。对于单体电池来说，这种平坦的充放电曲线有利于用电器的性能发挥，但却给电池组模块的建立和管理方面带来了诸多不便。

因此，如何有效管理钛酸锂电池组模块的充电深度，如何实现电池组模块电池充电深度的可视化，以及实现模组中对单体电池一致性的实时监控等，这些都是基于两相反应构建的锂离子电池在应用中的关键问题。以下专利提供了现有的蓄电池充电深度控制方法：

专利CN101702453B一种蓄电池充电管理方法及装置中，该发明提供了一种蓄电池充电管理方法，包括以下步骤：监测蓄电池的放电容量，根据放电容量和蓄电池的总容量确定蓄电池的放电深度；将蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值相比较；以及当蓄电池的放电深度大于或等于预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度，调节充电电流，以对蓄电池进行充电。

专利CN106909716A一种计及容量损耗的磷酸铁锂电池建模及SOC估计的方法中，给出了一种基于戴维南等效电路，对磷酸铁锂电池进行建模工作，给出模型开路电压、电阻电容值辨识方法，并考虑到磷酸铁锂电池生命周期内的容量的损耗，建立容量估计数学模型，提高磷酸铁锂电池模型的输出精度；同时用扩展卡尔曼滤波算(EKF)法来解决不确定性噪声带来的磷酸铁锂电池SOC估计问题。

专利CN 110596610A一种电池模组的充放电电量状态检测的方法、装置和电池中，公开了一种电池模组的充放电电量状态检测的方法、装置和电池。发明中电池模组充放电电量状态的检测方法，包括：获取电池模组产生的膨胀力，膨胀力由设置于电池模组上的传感器获取；根据膨胀力与充放电电量状态的对应关系，确定获取的膨胀力对应的充放电电量状态，将确定的充放电电量状态作为电池模组当前的充放电电量状态，其中，充放电电量状态为电池模组在充电过程中的荷电状态或在放电过程中的放电深度。本实施方式中的检测方法，使得可以快速、准确的测量电池的充放电电量状态，从而可以实现对电池的有效管理。

以上方法对于单体电池较为理想，但是，对于多电池串并联构成的电池模块电池组或者电池系统来说，尤其是磷酸铁锂/钛酸锂构成的锂离子电池，精确的测试确定每个单体电池的充电容量、生命周期、膨胀状态并对每个电池进行温度监控将提高电池结构设计的复杂程度，以及增加电池管理系统成本。