本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

尖晶石型鈦酸鋰作為一種新型的鋰離子動力電池負(fù)極材料，以其優(yōu)異性能成為碳負(fù)極材料的替代材料。該材料在充放電過程中，鋰離子的嵌入和脫出基本不會引起晶體結(jié)構(gòu)變化，被稱為“零應(yīng)變材料”。并且，鈦酸鋰具有較高的嵌鋰電位，不易形成鋰枝晶，具有很好的安全性能。但是，由于鈦酸鋰導(dǎo)電性能差，其比容量在高倍率充放電時迅速衰減，這是目前制約鈦酸鋰商品化應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，要實現(xiàn)鈦酸鋰在動力鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用，需要改善該材料的導(dǎo)電性能。常規(guī)方法多采用增大比表面積、離子摻雜改性及導(dǎo)電相摻雜及包覆改性。其中，包覆改性方法中使用的包覆材料主要采用碳材料。但碳材料耐腐蝕性差，且在鋰離子嵌入脫出過程中結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化，導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)性能較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法，其創(chuàng)新之處在于復(fù)合材料的設(shè)計及制備方法。本發(fā)明提供的亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料化學(xué)式為Li₄Ti₅O₁₂/Ti₄O₇。亞氧化鈦(Ti₄O₇)的導(dǎo)電性及耐腐蝕性能均優(yōu)于碳材料，可有效的降低內(nèi)阻，改善鈦酸鋰材料的倍率性能。本發(fā)明提供的制備方法，步驟如下：

步驟1鈦酸鋰粉末于30~200℃下干燥2~10h；

步驟2將鈦酸丁酯加入到無水乙醇中攪拌后，依次加入乙酸和去離子水，攪拌3~24h后得到溶膠溶液，其中，所述述鈦酸丁酯與乙酸的體積比為(2~5.5):1，所述去離子水的用量為鈦酸丁酯體積的1/10；

步驟3將步驟1所述的鈦酸鋰加入到步驟2所述的溶膠溶液中，攪拌6~48h后真空抽濾，于30~150℃下干燥2~10h得前驅(qū)體粉末，所述鈦酸鋰與鈦酸丁酯的物質(zhì)的量比為(4.5～11):1；

步驟4將步驟3所述的前驅(qū)體粉末在氫氣氣氛下于830～870℃還原3~6h，冷卻至100℃下出爐，即得到亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料。

上述方法中，鈦酸丁酯和無水乙醇的體積比為1:( 2～4)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明采用具有高導(dǎo)電性的亞氧化鈦對鈦酸鋰材料進(jìn)行包覆改性，在鈦酸鋰表面形成一層亞氧化鈦薄膜，顯著改善鈦酸鋰的導(dǎo)電性。亞氧化鈦作為一種高導(dǎo)電性材料，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，在高電流密度或高酸條件下耐腐蝕且不易發(fā)生鈍化。因此，亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料可進(jìn)一步提高鈦酸鋰材料的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性能。而且，本發(fā)明技術(shù)方案的工藝簡便易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是實施例1制備的亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料的掃描電鏡圖片。

圖2是實施例1制備的亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料恒流充放電曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實施例1

（1）將納米級鈦酸鋰粉末于200℃下干燥2h；（2）將鈦酸丁酯與無水乙醇按體積比1:4采用攪拌器攪拌均勻，攪拌過程中依次逐漸滴加乙酸和去離子水，乙酸與鈦酸丁酯的體積比為1:5.5，去離子水與鈦酸丁酯的體積比為1:10，攪拌3h得到均勻溶膠溶液；（3）按照鈦酸鋰與鈦酸丁酯的物質(zhì)的量比4.5:1，將鈦酸鋰粉體加入到氧化鈦溶膠溶液中，攪拌6h后進(jìn)行真空抽濾，并于30℃真空干燥10h得前驅(qū)體粉末；（4）將前驅(qū)體粉末于氫氣氣氛爐中830℃還原6h，冷卻至100℃下出爐，即得亞氧化鈦包覆改性鈦酸鋰復(fù)合材料。

以鋰片為負(fù)極，在充滿氬氣的手套箱內(nèi)，制作扣式電池，在1~3V電壓范圍內(nèi)做恒流充放電測試，在0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C倍率下，容量分別為166.2mAh/g、162.1mAh/g、160.2 mAh/g、156.6 mAh/g、147.5 mAh/g、137.1 mAh/g。

實施例2

（1）將微米級鈦酸鋰粉末于30℃下干燥10h；（2）將鈦酸丁酯與無水乙醇按體積比1:2采用磁力攪拌均勻，攪拌過程中依次逐漸滴加乙酸和去離子水，乙酸與鈦酸丁酯的體積比為1:2，去離子水與鈦酸丁酯的體積比為1:10，攪拌24h得到均勻溶膠溶液；（3）按照鈦酸鋰與鈦酸丁酯的物質(zhì)的量比11:1，將鈦酸鋰粉體加入到氧化鈦溶膠溶液中，攪拌48h后進(jìn)行真空抽濾，并于150℃真空干燥2h得前驅(qū)體粉末；（4）將前驅(qū)體粉末于氫氣氣氛爐中870℃還原3h，冷卻至100℃下出爐，即得亞氧化鈦包覆的鈦酸鋰復(fù)合材料。

以鋰片為負(fù)極，在充滿氬氣的手套箱內(nèi)，制作扣式電池，在1~3V電壓范圍內(nèi)做恒流充放電測試，在0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C倍率下，容量分別為168.3mAh/g、165.2mAh/g、162.2 mAh/g、159.5 mAh/g、149.5 mAh/g、138.1 mAh/g。