[发明专利]一种掺杂二氧化钛包覆钛酸锂锂电池负极材料及制备方法

说明书

本发明提出一种掺杂二氧化钛包覆钛酸锂锂电池负极材料及制备方法，所述锂电池负极材料是将草酸、十二烷基苯磺酸钠、去离子水和乙醇混合后加热，然后加入钛酸四丁酯反应制得羟基草酸钛凝胶，接着加入氟化铵和氢氧化锂，再调节pH值并加热回流反应，经离心、干燥得到羟基草酸钛凝胶，接着将凝胶经预烧、烧结而制得。本发明提供的包覆型钛酸锂负极材料，表层的氟掺杂二氧化钛层与钛酸锂的相容性高，包覆均匀，不易脱落，包覆效果好，同时形成的SEI膜氟含量更高，附着更牢固和稳定，在实际使用中有着优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池的技术领域，特别是涉及一种掺杂二氧化钛包覆钛酸锂锂电池负极材料及制备方法。

背景技术

近年来，在国家大力倡导开发新能源及其相关产业的大环境下，锂电池的发展和应用受到普遍的关注。锂电池负极材料是电池在充电过程中锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用，作为锂离子电池的重要原材料之一，对于锂电池的性能有着重要的影响。

锂电池的负极材料中，钛酸锂材料作为一种新型锂离子电池负极材料，具有优异的倍率性能和稳定的结构，在电池的快充能力上具有非常明显的优势，同时对温度的响应不明显，适用于各种高温恶劣环境。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，钛酸锂负极材料已逐步成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。

锂电池钛酸锂负极材料虽然具有独特的优势，但是在具体使用的充放电过程中会有大量气体产生，导致电池鼓包，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，这也成为制约钛酸锂负极材料发展的重要原因。针对这一问题，目前研究人员的解决方向主要为使用包覆层对钛酸锂负极和电解液进行隔离，然而目前技术方法存在包覆不理想的问题，因此，对于钛酸锂负极材料的改性以抑制其电池产气的问题具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201410673266.2公开了一种制备碳氮共包覆钛酸锂负极材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将碳酸锂、二氧化钛和三聚氰胺甲醛树脂在丙酮中球磨6h，混合均匀后转移到100℃的真空干燥箱中烘干，得到钛酸锂/碳氮复合前驱体；（2）将钛酸锂/碳氮复合前驱体在氩气中于750℃下焙烧8h得碳氮共包覆钛酸锂负极材料。中国发明专利申请号201711338708.8公开了一种超细纳米化碳包覆钛酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：（1）钛源溶液配制；（2）螯合剂溶液配制；（3）二氧化钛水凝胶的制备；（4）二氧化钛气凝胶制备；（5）负载锂源；（6）高温烧结。然而这些方法由于其包覆层与负极本身的相容性较差，导致包覆效果不佳。另外，中国发明专利申请号201510184211.X公开了一种表面包覆LiTi2O4的钛酸锂材料及其制备方法，LiTi₂O₄具有和钛酸锂一样稳定的尖晶石结构，更重要的是LiTi₂O₄电子电导率远高于钛酸锂，且LiTi₂O₄的晶胞参数比钛酸锂大，该发明在钛酸锂表面包覆LiTi₂O₄后可有效提高钛酸锂材料的倍率性能，使其能够适用于大电流充放电，而且不影响钛酸锂本身的循环性能，但LiTi₂O₄同样会对电解液造成较大的影响。

为了有效改善钛酸锂负极材料易胀气而影响循环性能的缺陷，同时解决现有的包覆改性技术效果不良的问题，有必要提出一种新型包覆型钛酸锂负极材料，进而可以有效促进钛酸锂负极材料的发展和应用。

发明内容

针对目前锂电池钛酸锂负极材料存在胀气严重而影响循环性能的问题，以及现有的包覆改性方法效果不佳的问题，本发明提出一种掺杂二氧化钛包覆钛酸锂锂电池负极材料及制备方法，从而改善了钛酸锂负极材料的包覆效果，提升了钛酸锂负极材料的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：