[发明专利]钛酸锂复合材料及其制备方法以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法，以及锂离子电池。

背景技术

尖晶石钛酸锂作为一种“零应变”电极材料，是目前锂离子电池负极材料研究的热点。钛酸锂通常作为锂离子电池负极材料，具有较高的离子传导率，且在锂离子电池首次充放电过程中不需要形成固体电解质界面膜(SEI膜)，从而具有较高的能量转换效率。此外，钛酸锂材料来源广泛，清洁环保，在锂离子电池中得到了广泛的应用。

然而，由于钛酸锂是一种半导体材料，电子导电性较差。此外，钛酸锂作为锂离子电池负极材料具有较高的放电电压平台，当将锂离子电池放电到较低电压时，电解液易在负极分解，从而导致锂离子电池的电化学稳定性降低。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种电化学稳定性较高且导电性能较好的钛酸锂复合材料及其制备方法，以及应用该钛酸锂复合材料的锂离子电池。

一种钛酸锂复合材料，包括钛酸锂颗粒以及设置在该钛酸锂颗粒表面的双层包覆结构，该双层包覆结构包括直接包覆于该钛酸锂颗粒表面的碳层，以及包覆于该碳层表面的磷酸铝层。

一种钛酸锂复合材料的制备方法，包括：提供待包覆的钛酸锂颗粒；在该钛酸锂颗粒表面包覆碳层；将该表面包覆碳层的钛酸锂颗粒加入三价铝源溶液中形成混合物；将磷酸根源溶液加入该混合物中与该三价铝源溶液反应，在该碳层表面形成磷酸铝层，以及热处理该表面具有碳层和磷酸铝层的钛酸锂颗粒。

一种锂离子电池，包括正极及负极，该负极包括所述钛酸锂复合材料。

相较于现有技术，本发明采用磷酸铝层和碳层对钛酸锂颗粒进行双层包覆，该双层包覆结构在隔绝电解液与钛酸锂颗粒之间的电子迁移的同时使锂离子通过，从而在完成锂离子的嵌入与脱出的同时避免电解液在较低的放电电压下分解，提高了锂离子电池的电化学性能稳定性。此外，该碳层的包覆提高了钛酸锂复合材料的电子导电性。

附图说明

图1为本发明实施例钛酸锂复合材料的结构示意图。

图2为本发明实施例钛酸锂复合材料制备方法的流程图。

主要元件符号说明

钛酸锂复合材料    10

钛酸锂颗粒        12

碳层              14

磷酸铝层          16

双层包覆结构      18

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的钛酸锂复合材料及其制备方法，以及锂离子电池作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种钛酸锂复合材料10，该钛酸锂复合材料包括钛酸锂颗粒12以及设置在该钛酸锂颗粒12表面的双层包覆结构18。该双层包覆结构18包括直接包覆于该钛酸锂颗粒12表面的碳层14，以及包覆于该碳层14表面的磷酸铝层16。

该碳层14和该磷酸铝层16均具有均匀的厚度，且呈连续的层状形态。所述双层包覆结构18单独地包覆一个钛酸锂颗粒12，且该碳层14完全的包覆该钛酸锂颗粒12表面，该磷酸铝层16完全的包覆该碳层14表面。该碳层14在该钛酸锂复合材料10中的质量百分含量为0.1％至5％，该碳层的厚度可以为5纳米至20纳米，优选为5纳米至10纳米。该磷酸铝层在该钛酸锂复合材料中的质量百分含量为0.05％至1％，该磷酸铝层的厚度可以为2纳米至10纳米，优选为2纳米至5纳米。由于钛酸锂的电子导电性较差，因此该磷酸铝层的厚度应较小，优选该碳层与该磷酸铝层的厚度之比优选为2∶1至2.5∶1。该钛酸锂颗粒的材料可为非掺杂的钛酸锂或掺杂的钛酸锂。该非掺杂的钛酸锂或掺杂的钛酸锂具有尖晶石结构。具体地，该非掺杂的钛酸锂的化学式为Li₄Ti₅O₁₂，该掺杂的钛酸锂的化学式可由Li_(4-a)M_aTi₅O₁₂或Li₄M_bTi_(5-b)O₁₂表示，其中0＜a≤0.33，且0＜b≤0.5。所述M选自碱金属元素、碱土金属元素、第13族元素、第14族元素、过渡族元素及稀土元素中的一种或多种，优选地，M选自Mn、Cr、V、Ni、Co、Al、Fe、Ga及Mg中的至少一种。

该钛酸锂颗粒12的粒径优选为80纳米至10微米，更优选为100纳米至1微米。