[发明专利]钛酸锂及其制备方法

说明书

相关应用

本申请与2008年5月14日申请的序列号为12/152,352美国专利有关，并主张其优先权益，后者与2006年8月4日申请的序列号为60/917,721美国专利以及2007年5月14日申请的60/917,721有关，其内容全文合并于本专利。

技术领域

本发明大体而言与钛酸锂和钛酸锂的制备方法有关。更具体而言，本发明与具有优异电导率和优异放电容量的钛酸锂有关。

背景技术

混合动力车等机动车辆使用多种推进系统提供动力。最普遍的混合动力车是汽油-电动混合动力车，其同时具有内燃机(ICE)和电动机。汽油-电动混合动力车使用汽油驱动ICE，并使用电池驱动电动机。汽油-电动混合动力车通过吸收动能为电池充电。动能可能由再生制动提供，或者在巡航或怠速时从ICE的输出提供，这与使用电网或增程挂车等外部电源为电池充电的纯电动车完全不同。

电池包括可充锂电池，其通常由两个异种电极组成，即阳极和阴极，电极浸在离子传导电解质中，在两极之间装有隔膜。电能由电池内两个异种电极之间的电化学反应产生。

对电池最大的需求发生在加速过程中其必须提供电流运转电动机时，尤其是在启动电动机的过程中。电动机对电流强度的需求可能超过数百安培。大多数能够提供必要电流强度的电池有着巨大的体积，或需要庞大的封装，这导致电池重量过大，并且增加电池的成本。与此同时，这种高强度电流只在很短的时间段有需要，通常是数秒钟。因此，短时间段提供高电流的所谓“高倍率”电池对于混合动力或纯电动车的应用通常非常理想。

包括可充锂电池在内的充电电池兼具使混合动力车在保持经济性的同时达到性能标准所需的高放电容量与电势及循环寿命，可充锂电池可以定性为锂电池、锂离子电池或锂聚合物电池。“高放电容量”的意思是充电电池具有4倍于铅酸电池的能量密度和2到3倍于镍镉及镍氢电池的能量密度。包括锂电池在内的充电电池同时也具备成为最低成本的电池系统之一的潜力。

钛酸锂的化学式为Li₄Ti₅O₁₂(或Li_4/3Ti_5/3O₄)，其被认为是用于可充锂离子和锂聚合物电池阳极最有希望的材料之一。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)由A.Deschanvers等人(Mater.Res.Bull.，v.6，1971，p.699)发现。后来K.M.Colbow等人(J.ofPower Sources，v.26，N.3/4，May 16，1989，pp.397-402)发表了Li₄Ti₅O₁₂可以起可逆的电化学反应，而单质锂不会发生这种可逆反应。在T.Ozhuku等人(J.of Electrochemical Society，v.142，N.5，1995，pp.1431-1435)进行的详细研究后，人们开始考虑将Li₄Ti₅O₁₂作为摇椅型锂电池的阳极材料使用。事实上，Koshiba等人的5,545,468号美国专利披露了具有不同锂/钛比的钛酸锂的使用。更具体而言，′468专利中的钛酸锂化学式为Li_xTi_yO₄，其中锂电池的阴极中0.8≤x≤1.4，1.6≤y≤2.2。′468专利指出，基本上x+y≈3。换句话说，′468专利指出钛酸锂可能包括不同的锂/钛比，只要按照锂和钛与氧的化学计量比，使锂和钛的数量和约等于3。Thackeray等人的2002/0197532号美国专利公开同样披露了作为锂电池阳极使用的钛酸锂。钛酸锂可能是化学计量或缺陷尖晶石，其中不同化合物锂的分布可能各不相同。