[发明专利]一种掺杂改性钛酸锂复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料及制备方法，具体是一种用于锂离子二次电池负极改性钛酸锂复合材料及制备方法。

背景技术

锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。目前，市售的锂离子电池所采用的负极材料多为碳材料，但它存在一个致命的问题，即当电池快充或过充时，电极材料表面可能会析出金属锂，并形成枝晶造成短路，这不仅会降低产品使用寿命，同时也存在安全隐患。随着锂离子电池市场的迅速增大，迫切需要安全性能更好的新型负极材料。

而尖晶石Li₄Ti₅O₁₂便因其零应变性、循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点开始受到广泛关注。早在1989年，Colbow首次提出Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子负极材料的可能性，并预测Li₄Ti₅O₁₂负极能够广泛应用于1.5V的可充电池领域。自此，对于Li₄Ti₅O₁₂的研究迅速发展起来，尤其鉴于Li₄Ti₅O₁₂的稳定性、安全性，令我们看到了新型锂离子电池应用为动力电池的乐观前景。

但是，由于Li₄Ti₅O₁₂是一种绝缘材料，导电性差，在大电流充放电时容量衰减快，导致其在高倍率下电化学性能较差。为了解决这一问题，研究者已经尝试多种方式对Li₄Ti₅O₁₂的高倍率充放电性能和循环稳定性进行改进。主要方法有材料纳米化和表相或体相修饰。

已报道的Li₄Ti₅O₁₂材料的电化学性能有一定程度的改善，但仍存在不足。因此，寻找一种更适合的且简单有效的方法即能全面提高材料的性能是很有必要深入研究的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种改性钛酸锂复合材料，作为制备高性能锂离子电池负极材料的原料。

本发明的目的之二在于提供该改性钛酸锂复合材料的制备方法。

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种一种掺杂改性钛酸锂复合材料及制备方法。

一种掺杂改性钛酸锂材料，其特征在于，所述钛酸锂材料的分子式为Li_aM_pN_qTi_xO₁₂/C，式中M，N为掺杂改性金属离子，a=4，0＜p＜0.1，0＜q＜0.1，0＜p+q≤0.1，p+q+x=5。

一种改性钛酸锂材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将锂化合物、金属M氧化物、金属N氧化物和二氧化钛，按照摩尔比进行配料，再加入有机小分子碳源前驱体混合，在均匀的介质中球磨，烘干，然后在300℃～500℃条件下烧结3～10小时，得到烧结前驱体；将得的烧结前驱体和有机大分子聚合物碳源前驱体进行混合，在均匀的介质中球磨，烘干，然后在700℃～900℃条件下保温5～10小时，得到成品钛酸锂粉体。

所述的锂化合物为硝酸锂、碳酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂、草酸锂、甲酸锂、乳酸锂、异丙醇锂中的一种。

所述的金属元素M、N分别为La、Nd、Gd、Dy、Zr、Mn、Ta、Hf、V中的一种。

所述的摩尔比为(p+q+x):a =5:4～5:4.4。

所述的有机小分子碳源前驱体为葡萄糖、蔗糖、尿素、酒石酸、草酸、葡萄糖酸、乙二胺四乙酸中的至少一种。

所述的有机大分子聚合物碳源前驱体为聚乙烯醇、聚丙烯醇、可溶性淀粉、聚乙二醇、酚醛树脂中的至少一种。

上述的球磨介质是水、乙醇、丙酮、乙醚中的至少一种；所述的球磨过程中球和物料的质量比控制为1～10：1，球磨的转速控制在300~550r/min；所述的烘干温度为60℃～200℃。