[发明专利]一种锂离子电池用铁酸盐-钛酸锂复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用铁酸盐‑钛酸锂复合负极材料及其制备方法，所述负极材料包含钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂，以及包覆在Li₄Ti₅O₁₂表面的包覆层。所述包覆层为铁酸盐类材料，包括CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、CuFe₂O₄和MgFe₂O₄的一种或多种。本发明首先将上述金属硝酸盐和助燃剂混合溶解于去离子水中，再加入Li₄Ti₅O₁₂并强力超声分散2h，用氨水将pH值调至中性，在温度80～130℃条件下将溶液蒸干得到凝胶，将凝胶加热至200～300℃并恒温5～15 min，然后通过空气氛煅烧工艺得到复合材料。该锂离子电池复合负极材料容量高、具有优良的循环稳定性和耐久性。

技术领域

本发明属于材料合成及能源技术领域，具体涉及锂离子电池用铁酸盐-钛酸锂材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆性等优点，在数码、储能、电动汽车等领域得到广泛的应用，成为应用前景最为明朗的高能电池体系。

目前商业化的锂离子电池多用石墨负极材料，但石墨材料存在许多缺点，例如，循环性能不足，高温条件下易失效，锂晶枝生成易引发安全隐患等。而钛酸锂材料具有锂离子脱嵌/嵌入过程中体积变化小，稳定性高，循环性能强，锂晶枝不易产生，安全性高等优点，是非常有前景的一种电极材料。但钛酸锂的理论容量较低（175 mAh/g），难以满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。

发明内容

针对钛酸锂的不足，本发明提供了一种锂离子电池用铁酸盐-钛酸锂复合负极材料及其制备方法，将高容量的铁酸盐类材料（理论容量＞880mAh/g）包覆在钛酸锂表面，以解决钛酸锂容量低的缺点。此外，依托于钛酸锂循环稳定性高的优点，铁酸盐包覆层的赝电容效应能够在循环几十次后将复合电极材料的可逆容量拉高。此制备方法具有工艺简单、成本低廉的优点。所得材料含有一定的孔洞结构，既可以加快锂离子电子的传输，提高电化学活性；又可以增加材料的稳定性，提高材料的可加工性与储存稳定性。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种锂离子电池用铁酸盐-钛酸锂复合负极材料，所述复合负极材料包括钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂以及包覆在所述Li₄Ti₅O₁₂表面的铁酸盐包覆层，所述铁酸盐为CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、CuFe₂O₄和MgFe₂O₄的至少一种。

进一步地，所述Li₄Ti₅O₁₂占所述复合负极材料总质量的50～90%。

进一步地，所述铁酸盐包覆层厚度为20～2000 nm。

本发明另一方面提供了一种上述锂离子电池用铁酸盐-钛酸锂复合负极材料的制备方法，包括以下步骤。

（1）称取M(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃和助燃剂混合溶解于去离子水中，所述M元素为Co、Zn、Cu、Mg中的至少一种。

（2）往溶液中加入Li₄Ti₅O₁₂并强力超声分散2h，用氨水将溶液pH值调至6.5～7.0。