一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池技术

本发明专利技术是关于一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池，涉及电池技术领域。主要采用的技术方案为：一种钛酸锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。一种钛酸锂复合材料由上述方法制备而成。一种负极片包括上述的钛酸锂复合材料；一种锂离子电池包括上述的负极片。本发明专利技术主要用于提供一种导电性能好的钛酸锂复合材料，且该钛酸锂复合材料用于锂离子电池的负极活性材料时，能提高锂离子电池的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池
本专利技术涉及一种电池
，特别是涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池。
技术介绍
随着煤、石油、天然气等化石燃料的逐渐枯竭，当今人类正面临着前所未有的能源危机，在合理利用和节约不可再生资源的同时，寻找和开发可再生能源势在必行。然而，在开发和利用太阳能、风能和地热能等可再生能源的过程中必然用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等可循环使用的储能设备。在诸多的化学储能电池中，锂离子电池因其高工作电位、高能量密度、长循环寿命、自放电小、使用温度范围广、无记忆效应等特点而备受瞩目。目前，锂离子电池的负极材料大多采用各种嵌锂碳材料。但是，由于炭电极的电势与金属锂的电势很接近，当电池过充时，炭电极表面易析出金属锂，会形成枝晶而引起短路，温度过高时易引发热失控。尖晶石Li4Ti5O12相对于金属锂的电极电势为1.55V，反应有着十分平坦的充放电平台，安全性能好；并且Li4Ti5O12是一种“零应变”插入材料，在充放电过程中具有极其稳定的结构和优良的循环性能。尽管Li4Ti5O12的理论比容量只有175mA·h/g，但由于其可逆锂离子脱嵌比例接近100％，故其实际比容量一般保持在150-160mA·h/g。但是，Li4Ti5O12材料的导电性能较差，在高倍率充放电过程中易产生较大极化，制约了其在锂离子电池中的应用。针对钛酸锂(Li4Ti5O12)材料存在的上述缺点，现有技术主要采用以下两种较为有效的手段对钛酸锂材料进行改性：第一、离子掺杂改性，目前研究过的掺杂离子主要有Mg2+、Al3+、Sn4+、W4+、Ni4+、V5+和F-等；引入少量的金属元素不仅可以有效提高钛酸锂材料的导电性，还可以降低氧化还原反应电压或者导致的较低电势下出现额外的电压平台；但是，现有技术主要采用固相法进行离子掺杂；而传统的固相法虽然操作简单，对设备要求低，但是其合成的产物颗粒不均匀、晶形不规则、粒径分布范围广且合成周期长，难以实现钛酸锂材料的高效利用。第二、炭包覆/复合改性，其主要是以石墨烯、乙炔黑、多壁碳纳米管等作为炭源来对钛酸锂进行包覆或与钛酸锂进行复合，来提高钛酸锂材料的电子电导率；然而，受材料之间的亲和性及制备、搅拌设备的限制，石墨烯等碳源的分散问题以及其与钛酸锂材料的复合效果依然不佳，使得所制备的电极的电池容量及倍率性能不理想。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池，主要目的在于提供一种导电性能好的钛酸锂复合材料，且该钛酸锂复合材料用于锂离子电池的负极活性材料时，能提高锂离子电池的倍率性能。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选地，所述步骤2)包括：21)使二氧化钌/二氧化钛复合物和锂源反应，得到掺钌的钛酸锂复合物；22)使所述掺钌的钛酸锂复合物吸附钌离子，得到钛酸锂复合材料。优选地，所述步骤2)包括：使二氧化钌/二氧化钛复合物和锂源反应，得到钛酸锂复合材料。优选地，所述步骤1)，包括：11)利用表面活性剂修饰二氧化钌；12)将修饰后的二氧化钌与溶剂混合，制成分散液；13)使所述分散液、缓冲液、钛酸四正丁酯溶液混合，制得含有二氧化钌/二氧化钛复合物的混合物。优选地，所述步骤11)具体为：将二氧化钌粉末分散在表面活性剂溶液中；从溶液中分离出修饰后的二氧化钌；其中，所述二氧化钌粉末的尺寸为10-15nm。优选地，所述表面活性剂溶液选用聚乙烯吡咯烷酮溶液；其中，所述二氧化钌与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：(5-300)；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量分数为10-40g/L。优选地，在所述步骤12)中：所述溶剂包括无水乙醇和水；其中，所述修饰后的二氧化钌、无水乙醇、水的质量比为：(2-50)：(5-20)：1。优选地，所述步骤13)具体为：先向所述分散液中先加入缓冲液，再加入钛酸四正丁酯溶液，搅拌，混合均匀。优选地，在所述步骤13)中：所述缓冲液和所述分散液的体积比为1：(400-800)；钛酸四正丁酯溶液和所述分散液的体积比为1：(40-90)；其中，所述缓冲液选用四甲基氢氧化铵溶液，且所述四甲基氢氧化铵溶液的体积分数为5-15％；和/或所述钛酸四正丁酯溶液选用钛酸四正丁酯乙醇溶液，且所述钛酸四正丁酯溶液的体积分数为1-20％。优选地，所述步骤21)具体为：利用溶胶凝胶法，使二氧化钌/二氧化钛复合物和锂源反应，得到掺钌的钛酸锂复合物。优选地，当所述步骤1)包括步骤13)时，所述步骤21)具体为：向含有二氧化钌/二氧化钛复合物的混合物中滴加锂源，连续搅拌设定时间后，得到湿凝胶；对所述湿凝胶依次进行老化处理、烘干处理后得到干凝胶；其中，所述干凝胶为掺钌的钛酸锂复合材料。优选地，所述锂源选用乙酸锂乙醇溶液；其中，所述乙酸锂乙醇溶液的浓度为0.4-1mol/L；所述乙酸锂乙醇溶液中的乙酸锂和钛酸四正丁酯溶液中的钛酸四正丁酯的摩尔比为(0.8-0.9)：1。优选地，对所述湿凝胶进行老化处理的条件为：老化温度25-50℃，老化时间为3-5小时；和/或对所述湿凝胶进行烘干处理的条件为：烘干温度50-100℃，烘干时间为10-30小时。优选地，所述步骤22)，包括：使所述掺钌的钛酸锂复合物与钌盐溶液反应，得到沉淀；对所述沉淀进行煅烧处理后，得到钛酸锂复合材料。优选地，所述钌盐溶液选用浓度为0.5-2g/L的硝酸钌溶液；且所述硝酸钌溶液中硝酸钌与所述掺钌的钛酸锂复合物的质量比为1：(20-100)；和/或所述掺钌的钛酸锂复合物与钌盐溶液在超声微波混合反应系统中进行反应；且超声微波反应的条件为：功率为50-100W，反应温度为500-1000℃，反应时间为6-12小时。优选地，在使所述掺钌的钛酸锂复合物与钌盐溶液反应的步骤之前，还包括将掺钌的钛酸锂复合物研磨成粉末的步骤；和/或对所述沉淀进行煅烧的条件为：煅烧温度为500-1000℃，煅烧时间为6-12h。另一方面，本专利技术的实施例提供一种钛酸锂复合材料，其中，所述钛酸锂复合材料由上述任一项所述的钛酸锂复合材料的制备方法制备而成。另一方面，本专利技术的实施例提供一种负极片，其中，所述负极片包括上述所述的碳硅复合材料。另一方面，本专利技术的实施例提供一种锂电池，其中，所述锂电池包括上述所述的负极片。与现有技术相比，本专利技术的钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池至少具有下列有益效果：一方面，本专利技术实施例提供一种钛酸锂复合材料的制备方法，主要包括制备出二氧化钌/二氧化钛复合物、并以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出内部掺钌的钛酸锂复合材料；由于该方法制备出的钛酸锂复合材料掺钌，从而提高钛酸锂复合材料的导电性，并提高电池的倍率性能。进一步地，本专利技术实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法在制备出内部掺钌的钛酸锂复合物后，还在钛酸锂复合物外部引入钌离子，进一步提高钛酸锂复合材料的导电性，并提高电池的倍率性能。进一步地，本专利技术实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备二氧化钌/二氧化钛复合物；2)以二氧化钌/二氧化钛复合物、锂源为原料，制备出钛酸锂复合材料。2.根据权利要求1所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括：21)使二氧化钌/二氧化钛复合物和锂源反应，得到掺钌的钛酸锂复合物；22)使所述掺钌的钛酸锂复合物吸附钌离子，得到钛酸锂复合材料。3.根据权利要求1所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括：使二氧化钌/二氧化钛复合物和锂源反应，得到钛酸锂复合材料。4.根据权利要求1-3任一项所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)，包括：11)利用表面活性剂修饰二氧化钌；12)将修饰后的二氧化钌与溶剂混合，制成分散液；13)使所述分散液、缓冲液、钛酸四正丁酯溶液混合，制得含有二氧化钌/二氧化钛复合物的混合物。5.根据权利要求4所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤11)具体为：将二氧化钌粉末分散在表面活性剂溶液中；从溶液中分离出修饰后的二氧化钌；其中，所述二氧化钌粉末的尺寸为10-15nm。6.根据权利要求5所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂溶液选用聚乙烯吡咯烷酮溶液；其中，所述二氧化钌与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：(5-300)；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量分数为10-40g/L。7.根据权利要求4所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤12)中：所述溶剂包括无水乙醇和水；其中，所述修饰后的二氧化钌、无水乙醇、水的质量比为：(2-50)：(5-20)：1。8.根据权利要求4所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤13)具体为：先向所述分散液中先加入缓冲液，再加入钛酸四正丁酯溶液，搅拌，混合均匀。9.根据权利要求4所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤13)中：所述缓冲液和所述分散液的体积比为1：(400-800)；所述钛酸四正丁酯溶液和所述分散液的体积比为1：(40-90)；其中，所述缓冲液选用四甲基氢氧化铵溶液，且所述四甲基氢氧化铵溶液的体积分数为5-15％；和/或所述钛酸四正丁酯溶液选用钛酸四正丁酯乙醇溶液，且所述钛酸四正丁酯溶液的体积分数为1-20％。10.根据权利要求2、4-9任一项所述的钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵微，詹世英，马美品，李海军，蔡惠群，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44