[发明专利]一种锂铌钛负极-磷酸锰铁锂正极锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂铌钛负极‑磷酸锰铁锂正极锂离子电池，包括正极、负极和电解液；所述正极中的活性材料为磷酸锰铁锂；所述负极中的活性材料为双壳层锂铌钛‑磷酸钛铝锂复合中空微球，制备步骤为：单分散SiO₂微球的制备；SiO₂@锂铌钛微球制备；SiO₂@锂铌钛@SiO₂微球制备；SiO₂@锂铌钛@SiO₂@LATP微球的制备；一次煅烧；去除模板；碳包覆。本发明采用双壳层锂铌钛‑磷酸钛铝锂复合中空微球作为负极材料，可显著提升负极材料的电子电导率和离子电导率，提升电池的倍率性能及在高倍率下的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂铌钛负极-磷酸锰铁锂正极锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、对坏境无污染等特点，已经被广泛应用于便携式电子设备和动力汽车上，目前商业锂离子电池最广泛使用的负极材料是石墨，然而，在充放电过程中，石墨负极具有较低的电压平台，脱嵌锂过程中负极表面容易形成锂枝晶，会刺破电池隔膜，从而导致短路等严重的安全隐患。安全问题是目前锂离子电池急需解决的关键问题。

嵌入型过渡金属氧化物(铌基以及钛基化合物)在脱嵌锂过程中体积变化小，理论比容量较高，工作安全性高，循环稳定，在自然界中含量高，对环境友好，是一类非常有应用前景的锂离子电池负极材料。其中铌钛氧化物(NTO)负极材料相比传统二氧化钛以及氧化铌负极材料，能带间隙狭窄，有望具备更好的电化学性能。

但是铌钛氧化物存在电子电导率及锂离子迁移率低等问题，使其在大电流充放电过程中比容量下降较快，倍率性能不佳，限制了其应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中铌钛氧化物负极锂离子电池在大电流充放电过程中比容量下降较快，倍率性能较差的问题，提供一种锂铌钛负极-磷酸锰铁锂正极锂离子电池，采用双壳层锂铌钛-磷酸钛铝锂复合中空微球作为负极材料，可显著提升负极材料的电子电导率和离子电导率，提升电池的倍率性能及在高倍率下的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂铌钛负极-磷酸锰铁锂正极锂离子电池，包括正极、负极和电解液；所述正极中的活性材料为磷酸锰铁锂；所述负极中的活性材料为双壳层锂铌钛-磷酸钛铝锂复合中空微球，其制备方法包括如下步骤：

(1)单分散SiO₂微球的制备：在搅拌状态下，将正硅酸乙酯的无水乙醇溶液逐滴加入氨水的无水乙醇溶液中，搅拌反应1～2h，将产物分离得到单分散SiO₂微球；

(2)SiO₂@锂铌钛微球制备：将Nb₂O₅溶于氢氟酸中，然后加入柠檬酸，再加入氨水调节pH至4～6，得到溶液A；将LiNO₃、钛酸四丁酯加入柠檬酸溶液中，溶解后加入氨水调节pH至4～6，得到溶液B；将单分散SiO₂微球加入溶液B中，并加入硬脂酸，分散均匀后加入溶液A，搅拌均匀后再加入乙二醇，搅拌反应8～12h后将产物干燥得到SiO₂@锂铌钛微球；

(3)SiO₂@锂铌钛@SiO₂微球制备：将SiO₂@锂铌钛微球加入无水乙醇中，分散均匀后加入正硅酸乙酯；搅拌状态下向体系中滴加氨水的无水乙醇溶液，搅拌反应1～2h，将产物分离得到SiO₂@锂铌钛@SiO₂微球；