[发明专利]一种钛酸锂复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种钛酸锂电极材料及其制备方法。其在钛酸锂负极材料的外部包覆有包覆层，所述包覆层为二茂铁。通过本发明方法制备得到的钛酸锂电极材料，倍率性能好、能有效抑制材料产气，首次放电比容量值为170mAh/g,几乎接近材料的理论比容量175mAh/g。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种钛酸锂复合电极材料及其制备方法。

背景技术

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，目前，锂离子电池所用的负极材料大多为嵌锂石墨化碳材料，但是，这类材料在实际应用中存在一些问题，如，首次充放电效率较低，充放电过程体积发生变化，容易形成锂枝晶引起短路，使电解液分解存在安全隐患等。相比之下，具有尖晶石结构的钛酸锂，其理论容量为175mAh/g，在充放电过程中锂离子插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响，称为“零应变”材料，充放电平台良好且平台容量可达放电容量的90%以上，循环性能好，不与电解液反应，制备方法简单，成本较低。因此，目前尖晶石 型钛酸锂以其优异的安全特性和长循环寿命已经成为商业化应用前景极其广阔的锂离子电池负极材料。

尽管钛酸锂作为锂离子电池负极材料具有诸多突出优点，而且，在常温下锂离子的化学扩散系数为2×10^-8cm²/s，比碳负极大一个数量级，但是，其固有电导率较低，仅为10^-9S/cm，属于典型的绝缘体，导电性差，从而导致高倍率充放电时性能较差且比容量衰减较快，大电流放电性能不理想。通过掺杂可以提高材料的导电性能，以获得较好的快速充放电性能和循环性能。中国发明专利“一种钇改性的钛酸锂负极材料极其制备方法”（CN102780005A），该专利采用固相法制备了一种钇改性的钛酸锂负极材料，具有良好的电化学性能和较高的库仑效率。中国发明专利“一种掺杂镧的钛酸锂负极材料极其制备方法”（CN 102637864A），该专利采用固相法制备了镧掺杂的钛酸锂负极材料，通过掺杂微 量镧细化了晶粒，提高了钛酸锂的电化学性能。上述两种掺杂单一金属离子的方式均取得了有益的效果，但是采用固相法制备时容易产生原材料混合不均匀从而影响电化学性能的问题。中国发明专利“一种三维多孔石墨烯掺杂与包覆钛酸锂复合负极材料的制备方法”（CN102646810A），公开了一种三维多孔石墨烯掺杂与包覆钛酸锂复合材料的制备方法，通过掺杂碳材料有效改善了钛酸锂负极材料的高倍率电化学性能。但是，该专利中所述的三维多孔石墨烯材料是通过水热法处理的，仍然不能有效抑制石墨烯的片层堆叠以及烧结过程中的团聚现象，并且在实际应用中会产气，会导致循环性能衰减，这在一定程度上限制了其性能的发挥。

因此，开发一种制备方法简单，导电性优异，高倍率下电化学性能优良，又能够有效抑制钛酸锂负极材料产气，具有良好的电化学循环稳定性的钛酸锂系复合负极材料是所属领域技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种倍率性能好、能有效抑制材料产气的钛酸锂负极材料；本发明还提供了一种钛酸锂负极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钛酸锂复合电极材料，其在钛酸锂负极材料的外部包覆有包覆层，所述包覆层为碳和氧化铁的混合物。

进一步地，所述包覆层占钛酸锂负极材料总重的1-3%。

进一步地，所述钛酸锂负极材料的组成为：Li₄Ti_5-xNb_xO_12-YBr_Y。其中0＜X＜1, 0＜Y＜1.4。

一种上述电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）根据钛酸锂负极材料的组成，计算并称取需要的醋酸锂、钛酸四丁酯和氢氧化铌，将醋酸锂、十六烷基三甲基溴化铵按照摩尔比为0.3-0.5：0.02-0.2:1的比例溶于无水乙醇中，搅拌混合均匀得混合物A；