[发明专利]一种锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明提出一种锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法，所述锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料为Zr₅Sc₂O₁₃包覆钛酸锂负极材料，其制备方法包括：按照配比称取锂源、钛源、锆源、钪源后加入到溶有柠檬酸的无水乙醇溶液中，加热并搅拌反应形成凝胶后干燥，研磨，先预烧后再煅烧，得到所述Zr₅Sc₂O₁₃包覆钛酸锂负极材料。该负极材料中，Zr₅Sc₂O₁₃均匀包覆在钛酸锂表面，抑制钛酸锂颗粒的增长，降低材料的pH值，且Zr₅Sc₂O₁₃材料表面包覆层化学稳定性好，在反复的充放电过程中，有效的保持钛酸锂的结构稳定，提升钛酸锂的倍率和循环性能；同时整个制备过程简单，易于试验，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

传统的负极材料主要是碳材料，碳材料具有循环稳定性好，充放电平台较低等优势，但也存在一些缺点，如存在析出锂枝晶的安全隐患，释放能量的速度不够快，不适合需要瞬间强电流的设备等。与碳材料相比，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)具有较明显优点，如充放电过程中几乎“零体积变化”，循环性能好，库伦效率高，不与电解液反应等，因此成为近年来国内外研究的热点。

Li₄Ti₅O₁₂主要的合成方法有固相反应法、溶胶-凝胶、水热离子交换等。Kiyoshi等采用振荡研磨机混料，在800℃下仅反应3h获得Li₄Ti₅O₁₂精细颗粒，具有较好的大倍率放电性能(《Preparation of particulate Li₄Ti₅O₁₂ having excellent characteristics asan electrode active for power storage cells》，Power Sources，2003，117:131-136.)。官云龙等通过溶胶-凝胶法得到了Li₄Ti₅O₁₂的最佳工艺，该工艺条件下，钛酸锂粒度分布均匀且尺寸小，5C下充放电，比容量可达100mAh/g(《液相法合成Li₄Ti₅O₁₂负极材料电化学性能的研究》，第十三次全国电化学会议论文集，2005，432-433)。张欢等将TiO₂和NaOH溶液混合后通过水热反应制得钛酸纳米管，并与LiOH溶液离子交换反应后热处理得到钛酸锂，表现出极好的倍率性能，10C倍率下具有140mAh/g的放电比容量(《离子交换法合成纳米级锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂》，无机化学学报，2010，26(9):1539)。

但是钛酸锂负极材料在电池制作过程中容易产气，使电极/电解质界面阻抗增大，循环性能快速衰减，电池寿命变短，极大程度上影响钛酸锂的应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明一种锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法，其制备得到的负极材料中，锆钪复合氧化物可以有效包覆在钛酸锂表面，抑制颗粒的增长，不仅表现出更高的电化学活性，而且可以降低负极材料的pH值，抑制负极材料的吸水性。

本发明提出的一种锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料，所述锆钪复合氧化物包覆钛酸锂负极材料为Zr₅Sc₂O₁₃包覆钛酸锂负极材料。