[发明专利]一种中空微米球形钛酸锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电极材料技术领域，涉及一种锂离子二次电池负极材料及其制备方法，特别涉及一种中空微米球形钛酸锂材料及其制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种新型锂离子二次电池负极材料，具有三维孔道结构，由于在充放电过程中锂离子的嵌入和脱出所引起的体积变化非常小，因而被称为“零应变材料”，同时该材料具有平坦的充放电平台，且相比碳负极材料，钛酸锂具有高的锂离子扩散速率，不与电解液发生反应和安全性高等显著优势，使其成为近几年来备受关注的负极材料之一。

但是，该材料也存在一些固有缺陷，如电子电导率低，大电流充放电倍率性能差，极大地制约了钛酸锂的应用。针对以上不足，研究者们主要在三个方面对钛酸锂展开了深入的研究：(1)形貌控制，获得纳米级颗粒，如介孔球[Li Sun,Jiaping Wang,Kaili Jiang,Shoushan Fan.Mesoporous Li₄Ti₅O₁₂nanoclusters as high performance negative electrodes for lithium ion batteries[J].Journal of Power Sources 248(2014)265-272.]、锯齿状纳米球[Jizhang Chen,Li Yang,Shaohua Fang,Yufeng Tang.Synthesis of sawtooth-like Li₄Ti₅O₁₂nanosheets as anode materials for Li-ion batteries[J].Electrochimica Acta55(2010)6596-6600.]。(2)掺杂/复合高电导率物质，如Li₄Ti₅O₁₂/SnO₂复合物[Kwang Min Yang,Yun Chan Kang,Sang Mun Jeong,Yun Ju Choi,Yang Soo Kim[J].Int.J.Electrochem.Sci.,8(2013)11972-11983.]、Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯复合物[Song Gyun Ri,Liang Zhan,Yun Wang,Lihui Zhou,Jun Hua,Honglai Liu.Li₄Ti₅O₁₂/graphene nanostructure for lithium storage with high-rate performance[J].Electrochimica Acta 109(2013)389-394.]。(3)表面包覆高电导率物质,如Al₂O₃包覆的Li₄Ti₅O₁₂球[Dongjoon Ahn,Xingcheng Xiao.Extended lithium titanate cycling potential window with near zero capacity loss[J].Electrochemistry Communications 13(2011)796–799.]，SnO₂包覆的Li₄Ti₅O₁₂球[Ge Ji,Yue Ma,Bo Ding,and Jim Yang Lee.Improving the Performance of High Capacity Li-Ion Anode Materials by Lithium Titanate Surface Coating[J].Chemistry of materials,2012,24,3329-3334.]。对于锂离子电池来说，纳米级的活性物质能够提高电极的性能，一是因为颗粒的细化缩短了锂离子在材料中扩散的路径，提高了扩散速率；二是因为纳米化颗粒具有较大的比表面积，能够给锂离子的扩散和迁移提供更多的通道，从而极大地提高其比容量。

发明内容