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佛山市萬佳德科技有限公司 2023-03-20 點擊697次
鋰離子電池負極材料主要以石墨為主，隨著研發(fā)的不斷進步，負極材料種類也在增多，新材料不斷被發(fā)現(xiàn)。負極材料種類可分為碳類和非碳類，碳類包括天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、軟碳等。非碳類包括硅基材料、鈦基材料、氮化物、金屬鋰等。這些物料中含有一定的鐵雜質(zhì)，再加工過程中也會帶入鐵雜質(zhì)；然而，隨著市場競爭的日益白熱化和對電池安全性的不斷追求，下游電池廠商對于降低鋰電原料中磁性異物的要求越來越強烈，磁性異物含量指標已經(jīng)成為衡量電池級材料最重要的指標之一。
鈦酸鋰的定義及優(yōu)勢
鈦酸鋰(LTO)是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦組成的復(fù)合氧化物，屬于AB2X4系列的尖晶石型固溶體。鈦酸鋰的理論克容量175mAh/g，實際克容量大于160mAh/g，是目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的負極材料之一。鈦酸鋰自1996年被報道后，學術(shù)界對其研究熱情一直長盛不衰，最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的報道可追溯至2008年東芝發(fā)布的4.2Ah鈦酸鋰鋰負極動力電池，標稱電壓2.4V，能量密度67.2Whkg-1(131.6WhL-1)。
它的優(yōu)點包括：（1）零應(yīng)變性，鈦酸鋰晶胞參數(shù)a=0.836nm，充放電時鋰離子的嵌入脫出對其晶型結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響，避免了充放電過程中材料伸縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化，從而具有極高的電化學穩(wěn)定性和循環(huán)壽命；（2）無析鋰風險，鈦酸鋰對鋰電位高達1.55V，首次充電不形成SEI膜，首次效率高，熱穩(wěn)定性好，界面阻抗低，低溫充電性能優(yōu)異，可-40℃充電；（3）三維快離子導(dǎo)體，鈦酸鋰是三維。
鋰離子電池負極材料鈦酸鋰的制作中除鐵及改性方法
鈦酸鋰存在電子導(dǎo)電率低、倍率性能差的缺點，針對其缺點，現(xiàn)在主要的改性方法有結(jié)構(gòu)納米化、碳包覆、離子摻雜、降低磁性雜質(zhì)等。
1、納米化法
納米化就是合成納米級的Li4Ti5O12，將材料粒徑控制在1-100nm之間。納米化可使材料的比表面積從小變大，讓電解液更好更全面的浸潤電極活性材料，并且可以使Li+擴散路徑變短的同時減小Li+擴散阻力，從而幫助其電化學性能的提升。該方法缺點是，納米材料尺寸小、粘結(jié)性差、容易從集流體上脫落，而且較高的比表面積也會增加與電解液的反應(yīng)幾率，導(dǎo)致不可逆程度加深，一般用納米材料作為電極材料時開始容量衰減會很快，主要原因就是其高表面積所導(dǎo)致。
2、碳包覆法
包覆法是通過包覆來提高Li4Ti5O12的性能，這種方法要求包覆材料具有杰出的導(dǎo)電性，才能使復(fù)合材料的電導(dǎo)率有一定程度的提高。常見的包覆材料有金屬、碳材料、SnO2等。
碳包覆是一種高效且應(yīng)用較多的包覆改性方法。由于碳導(dǎo)電，因此當材料外附著碳時，顆粒外的碳層可以在提高材料的導(dǎo)電性的同時，將顆粒隔離開，阻礙晶粒間團聚，并迫使其不能繼續(xù)長大。這種方法可以顯著提高材料的導(dǎo)電性，增強鋰離子擴散速率，提高材料的倍率性能，同時減少其與電解液發(fā)生副反應(yīng)，減少脹氣現(xiàn)象；利用電磁漿料除鐵機和電磁干粉除鐵機降低磁性雜質(zhì)。一般來說，碳包覆工藝會將Li4Ti5O12或其前驅(qū)體與各種碳源混合，然后進行高溫熱處理。這種改性方法成本低、易于制備且原材料來源廣泛，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。但如何控制碳涂層的均勻性、厚度和導(dǎo)電性仍然是一個挑戰(zhàn)。
3、離子摻雜
摻雜改性鈦酸鋰可以細化鈦酸鋰的粒度，提高鈦酸鋰的電化學性能。通過摻雜，可以改變電荷轉(zhuǎn)移，也可引起Li+在材料內(nèi)部擴散阻力的變化。研究表明摻雜能增加電導(dǎo)率和Li+擴散速率，提升倍率和循環(huán)性能。下游電池廠商對于降低鋰電原料中磁性異物的要求越來越強烈，磁性異物含量指標已經(jīng)成為衡量電池級材料最重要的指標之一。
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參考資料：企業(yè)官網(wǎng)