[发明专利]一种改性钛酸锂电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于能源和新材料技术领域。本发明提供了一种改性钛酸锂电极材料的制备方法，以酚醛树脂和磷酸二氢锂为原料，采用湿化学的方法，在亚微米尺寸的钛酸锂表面包覆酚醛树脂和磷酸二氢锂的混合物，再通过惰性气氛煅烧处理的途径，实现在钛酸锂表面包覆石墨化碳层和磷酸锂的混合物。本发明提供的制备方法，原料便宜易得，采用的湿化学法及热处理手段工艺简便、成本低，适合规模化生产。本发明还提供了所述的改性钛酸锂电极材料，石墨化碳层和磷酸锂都能够起到屏蔽钛酸锂表面催化活性点的作用，可以发挥协同效益，即提升钛酸锂的快速充放电性能，又抑制其产气行为。

技术领域

本发明涉及能源和新材料技术领域，尤其涉及一种改性钛酸锂电极材料及其制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)作为一种锂离子电池负极材料，具有循环寿命长、安全性能高、环境友好等特点，被认为是最具前景的动力锂离子电池负极材料之一，从而受到广泛关注。与其它负极材料相比，LTO具有两个突出的优点：(1)充放电电压平台为1.55V(vs.Li+/Li)，能够避免常用电解液在其表面的还原分解，安全性高；(2)为“零应变”电极材料，晶胞在锂离子脱嵌过程中几乎无体积变化，循环性能优异。然而，LTO的电子导电率低，锂离子迁移速率也不高，大电流充放电时电极极化严重，导致其倍率性能较差。

此外，在实际使用过程中，LTO作为锂离子电池负极材料还存在胀气问题。关于LTO为负极的电池胀气的原因认识有多种。Novak等[J.Electrochem.Soc,2015,162(6):A870-A876；J.Electrochem.Soc,2012,159(8)A1165-A1170]认为电池组装过程中会引入水分，因此LTO负极材料的胀气行为是充放电过程中水的分解造成的；Wu等[J.Power Sources,2013,237:285-290]认为电池的充电状态(State ofCharge，SOC)所引起的LTO负极电位的变化是导致其胀气的主要原因；He等[J.Power Sources,2012,202:253-261；Sci.Rep,2012,201:253-261]认为LTO胀气的主要原因是由于其表面存在催化活性点，与电解液之间存在界面反应而产气。实际应用表明，以LTO为负极的荷电软包电池在存储状态下也会有产气行为，因此，认为LTO与电解液之间存在界面反应导致胀气比较令人信服。

但是，现有技术中，对LTO的表面修饰多局限于采用单一材料，如碳膜表面包覆或者包覆其它的惰性材料，因此对LTO性能的提升有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种改性钛酸锂电极材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性钛酸锂电极材料的制备方法，包含下列步骤：

(1)将磷酸二氢锂、酚醛树脂和溶剂混合，得到悬浊液；

(2)将悬浊液和钛酸锂混合后进行蒸干和研磨，得到粉末；

(3)在惰性氛围中，将粉末进行热处理，即得所述改性钛酸锂电极材料。

作为优选，所述步骤(1)中磷酸二氢锂和酚醛树脂的质量比为1～10：1～10。

作为优选，所述步骤(1)中悬浊液的固含量为0.1～1g/L。

作为优选，所述步骤(1)中溶剂为醇类或醇类水溶液。

作为优选，所述步骤(2)中钛酸锂与磷酸二氢锂和酚醛树脂的质量和的质量比为94～99：1～6；

所述钛酸锂的粒径为100nm～1μm。

作为优选，所述步骤(2)中混合的方式为机械搅拌，所述机械搅拌的转速为400～500rpm，所述机械搅拌的时间为3～5h。