一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105449187A(43)申请公布日2016.03.30(21)申请号201510971408.8H01M10/0525(2010.01)(22)申请日2015.12.20(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人王海辉郭敏王素清(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人何淑珍(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M4/131(2010.01)H01M4/1391(2010.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，该方法为将二氧化钛、锂源和金属离子源加入到溶剂中，高能球磨混合均匀得到前驱体浆液，再在鼓风干燥箱中60~120°C烘干得到前驱体粉体；然后将前驱体粉体在700~1000°C的马弗炉中高温煅烧10小时，得到金属离子掺杂的钛酸锂；最后将掺杂的钛酸锂与氮源或碳源混合热处理，得到外部导电层包覆内部金属离子体相掺杂的钛酸锂电极材料。本方法合成的这种钛酸锂材料，以金属锂为负极制备成纽扣电池，在10C的电流密度下容量可达132.7mAh/g。这种制备方法可适用于商业化大规模生产，制备的钛酸锂产品性能稳定，可应用于高功率电池领域。CN105449187ACN105449187A权利要求书1/1页1.一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1）将锂源、二氧化钛和掺杂金属离子加入到溶剂中，再用高能球磨混合均匀，得到前驱体浆液；2）将前驱体浆液在鼓风干燥箱中烘干，得到掺杂的前驱体；3）将掺杂的前驱体在马弗炉中700~1000°C下煅烧8~10小时，得到金属离子掺杂的钛酸锂粉体；4）再通过固相混合氮源或氨气气氛处理进行表面TiN包覆，最终得到TiN表面包覆金属离子体相掺杂的钛酸锂电极材料；步骤4）另一种方法是通过固相混合碳源或含碳气氛处理进行表面导电碳包覆，最终得到表面包覆碳的金属离子体相掺杂的钛酸锂电极材料。2.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂和硝酸锂中的一种。3.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的掺杂金属离子为Ta5+、Nb5+、Mo6+、Al3+和La3+中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）加入锂源、二氧化钛和掺杂金属离子的溶剂中Li:(Ti+M)的摩尔比为4:5~4.5:5；其中M为掺杂金属离子。5.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述溶剂为甲醇、乙醇、水、丙酮和乙醚中的一种。6.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述高能球磨的转速控制在300~500r/min。7.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述烘干的温度为60~120°C。8.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤4）所述氮源为含氮气体或固体材料；所述碳源为含碳气体或固体材料。9.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤4）所述氮源为氨气、三聚氰胺、单氰胺、双氰胺、尿素和壳聚糖中的一种；所述碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、葡萄糖和麦芽糖中的一种。10.根据权利要求1所述的一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，步骤4）表面包覆的升温速率为2~10°C/min。2CN105449187A说明书1/3页一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及二次电池电极材料技术领域，具体涉及一种高性能共掺杂钛酸锂电极材料的制备方法。背景技术[0002]作为一种非常有前途的锂离子电池负极材料，尖晶石钛酸锂（Li4Ti5O12）因其结构“零应变”、优异的循环性能和平坦的电压平台而受到人们广泛的研究，有望在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域广泛使用。然而，钛酸锂较低的电子和离子导电率使得大电流密度下它的倍率性能较差，有必要对其进行改性研究，从而提高其大电流密度下的电化学性能。结构纳米化、金属离子掺杂和表面包覆是提高钛酸锂导电性的有效方法。其中，纳米化技术主要针对纳米颗粒，而钛酸锂的工业生产一般使用高温固相法，产品多为亚微米/微米级颗粒，使得纳米化技术的使用有一定