[发明专利]钛酸锂复合材料及其制备方法以及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法以及其应用。

背景技术

钛酸锂作为一种零应变材料，当它作为锂离子电池的负极活性材料时，锂离子电池具有良好的循环性能和较长的使用寿命等特点。研究发现使用钛酸锂作为负极活性材料时，锂离子电池在常温下的循环寿命可达20000次以上，这使得钛酸锂在锂离子电池中具有很好的应用前景。此外，使用钛酸锂作为负极材料的锂离子电池(以下简称“钛酸锂电池”)还具有放电电压平稳和电压平台高的特点，不会产生析锂现象、因此具有很高的安全性，在电动汽车中具有很大的应用优势。但是，钛酸锂电池高温循环性能差，且会产生较多的气体，导致其使用寿命极大缩减。

针对上述问题，于2011年5月11日公布的中国专利申请公开号CN102055020A公开了一种解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其通过将预充电后的钛酸锂电池在一定的荷电状态、一定的温度下保持一定的时间，增强钛酸锂负极在预充电阶段形成的钝化膜的稳定性，抑制钛酸锂与电解质溶液反应，从而减少电池的产气量。于2011年12月14日公布的中国专利申请公开号CN102280661A公开了一种钛酸锂电池及其电解液，其采用添加剂在钛酸锂表面成膜来实现电解液与钛酸锂的隔离，同时降低钛酸锂电池的产气量。这两种方法均能在一定程度上解决钛酸锂的胀气问题，然而在钛酸锂颗粒的表面形成钝化膜往往不够致密，没有有效包覆钛酸锂，从而无法将电解液能较好地隔离开，在充放电时钝化膜可能会消除及再生长，会极大地损失电解液，并生长新的钝化膜，该钝化膜易增加电池的内阻。也有研究者使用氧化铝、氧化镁等金属氧化物包覆在钛酸锂的表面，在其表面形成一层保护膜，从而改变钛酸锂活性材料表面物理化学特性。然而，由于氧化物难以包覆致密，对其产气的抑制有限，且氧化物的锂离子电导率比较小，包覆后会影响钛酸锂的倍率性能。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法以及其应用，其在应用于锂离子电池时能减少锂离子电池的胀气，进而提高锂离子电池的高温存储与循环性能。

本发明的另一目的在于提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法以及其应用，其能提高锂离子在活性物质中的扩散系数，有助于提高钛酸锂的倍率性能。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种钛酸锂复合材料，其包括：钛酸锂颗粒；以及锂磷酸盐玻璃，包覆于钛酸锂颗粒表面。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种钛酸锂复合材料的制备方法，其用于制备根据本发明第一方面所述的钛酸锂复合材料，包括步骤：将钛酸锂颗粒与锂源及磷源的混合物在液态体系溶剂中混匀，以得到混匀液；将混匀液进行球磨以形成浆料，之后将浆料取出并烘干，得到该复合材料的前驱体粉末；将该复合材料的前驱体粉末煅烧，冷却后破碎得到表面钛酸锂包覆锂磷酸盐玻璃的钛酸锂复合材料。

在本发明的第三方面，本发明提供所述第一方面的钛酸锂复合材料作为锂离子电池活性物质或电容器的电极材料的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明中，由于直接在钛酸锂表面紧密包覆锂磷酸盐玻璃，由于包覆紧密，因此能将钛酸锂与电解液隔离开，阻止了钛酸锂与电解液直接接触，抑制了电解液中的溶剂在阳极表面的反应，大大降低了其产气的几率，减小了产气量，能较好地解决其产气问题，减小了电芯在高温存储时的膨胀的厚度，进而提高锂离子电池的高温存储与循环性能。

包覆的锂磷酸盐玻璃在锂离子电池充放电时不会引入副反应，因此不会影响钛酸锂活性物质的电化学性能；包覆的锂磷酸盐玻璃具有较高离子电导率，会增加锂离子的扩散通道，因此提高锂离子在材料中的扩散系数，有助于提高钛酸锂的倍率性能。

本发明所述的钛酸锂复合材料的制备方法工艺简单，容易操作，重复性好，成本低廉，且对环境的污染小，适合于工业化生产。

附图说明

图1是采用本发明实施例1中的钛酸锂复合材料组装成的扣式电池的充放电循环曲线图；

图2是采用本发明实施例1、实施例10、对比例1和对比例2的钛酸锂复合材料组装成的扣式电池在10C/10C的充放电容量保持率图。

具体实施方式

下面详细说明根据本发明的钛酸锂复合材料及其制备方法以及其应用以及实施例。

首先说明根据本发明第一方面的钛酸锂复合材料。

根据本发明第一方面的钛酸锂复合材料包括：钛酸锂颗粒；以及锂磷酸盐玻璃，包覆于钛酸锂颗粒表面。