[发明专利]钛酸锂复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种钛酸锂复合材料及其制备方法和用途，具有以钛酸锂颗粒或改性钛酸锂颗粒为核，以硅化合物为壳的核‑壳结构，其中，所述钛酸锂的分子通式为Li_4+xTi₅O₁₂，‑1≤x≤1，所述硅化合物的分子通式为SiO_y，0≤y≤2。所述制备方法为液相包覆法或气相包覆法。所述钛酸锂复合材料可用于电极材料或电容器器件中。本发明的有益效果在于：本发明所述的钛酸锂复合材料制备工艺简单，操作简便，成本低廉，环境友好，适合于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于材料、电池和电容器技术领域，涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会对能源和环境问题的逐步重视，人们对可充电的二次电池(即蓄电池)的研究和开发也给予越来越多的关注。锂离子电池自上世纪90年代初商业化以来，因具有能量密度高、体积小等优势已成为人们日常生活不可缺少的一部分，在小型储能设备领域取得了巨大的商业成功。然而电动汽车等新兴市场以及技术的发展对锂离子电池的综合性能提出了更高的要求。理想的锂离子电池应满足以下要求：高能量密度、大功率密度、高安全性、低成本以及长寿命。

作为锂离子电池理想的新型负极材料，钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料相对于锂电极的电位为1.55V，理论比容量为175mA h/g，实验比容量为～160mA h/g。在Li⁺嵌入或脱出过程中，晶型基本不发生变化，体积变化小于1％，这能够避免充放电过程中由于晶胞体积变化而导致的结构破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，表现出超长的循环寿命和高安全性。然而其自身电导率较低，导致倍率性能较差；此外，在实际使用过程中还存在胀气现象。针对倍率问题，目前可以通过离子掺杂、表面修饰如碳包覆、材料纳米化等手段来进行改善，并取得了较好的效果。但针对使用过程中的胀气问题，目前研究普遍认为由于材料颗粒表面Ti活性位点催化分解与之接触的电解液分解产生气体有关，从而导致电池发生严重的胀气、高温循环性能和储存性能明显下降，制约了其在动力及储能领域中的大规模商业化应用。

针对上述问题，专利《钛酸锂电池及其电解液》专利号：CN102280661A公布了一种钛酸锂电池及其电解液，采用特殊添加剂在颗粒表面形成保护膜来抑制钛酸锂电池的产气，间接隔离电解液与钛酸锂颗粒表面的接触。然而该方法在钛酸锂表面形成的钝化膜往往不能连续有效的包覆钛酸锂颗粒，无法将钛酸锂颗粒表面与电解液完全隔离，而且在形成SEI膜时会导致电解液损失，进而增加电池内阻。

专利《钛酸锂复合材料及其制备方法、电化学电池》专利号：CN105633355A公布了一种钛酸锂复合材料，包括钛酸锂和包覆在钛酸锂表面的磷酸锆，采用磷酸锆包覆层将钛酸锂颗粒与电解液隔离，避免直接接触，可以改善钛酸锂电池高温胀气的问题。然而通过上述方法在颗粒表面形成的包覆层不够均匀，包覆层厚度不可控制，无法保证颗粒表面形成均匀连续的磷酸锆保护层，使该方法大规模工业化应用的难度较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种钛酸锂复合材料及其制备方法及其应用，以解决其组成的电池产气问题，提高锂离子电池的高温存储与循环性能，满足钛酸锂电池的实际应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钛酸锂复合材料，具有以钛酸锂颗粒或改性钛酸锂颗粒为核，以硅化合物为壳的核-壳结构，其中，所述钛酸锂的分子通式为Li_4+xTi₅O₁₂，－1≤x≤1，所述硅化合物的分子通式为SiO_y，0≤y≤2。

作为优选方案，所述钛酸锂的晶型为尖晶石型。

作为优选方案，所述改性钛酸锂为掺杂有金属元素的钛酸锂。