[发明专利]一种氮掺杂钛酸锂复合材料及其制备方法与锂离子电池

说明书

本发明公开一种氮掺杂钛酸锂复合材料及其制备方法与锂离子电池，制备方法包括步骤：将纳米粒子分散于含有分散剂的溶剂中；将上述分散有纳米粒子的溶剂分成两部分，往一部分溶液中加入锂源，另一部分溶液中加入钛源，再混合两部分溶液制得溶胶；将溶胶加热至40～100℃，恒温搅拌4～10h，形成凝胶；将凝胶在100～200℃下去除溶剂得到前驱体；将前驱体在惰性气氛下加热到700～1000℃，然后在还原性气氛下煅烧5～20h，最后经冷却、研磨，得到氮掺杂钛酸锂复合材料。本发明制备的氮掺杂钛酸锂复合材料电子导电性良好，锂离子扩散速度快，结构稳定；本发明锂离子电池使用寿命长。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种氮掺杂钛酸锂复合材料及其制备方法与锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池用负极材料的研究重点正朝着高比容量，大倍率，高循环性能和高安全性能的动力型电池材料方向发展。传统的负极材料是碳负极材料。虽然碳负极已经成功地商业化，但是其存在的电池安全问题特别是大倍率下的安全问题，迫使人们寻找比碳负极嵌锂电位稍高的电位下嵌锂的安全可靠的新型负极材料。其中低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，尤其是零应变材料Li₄Ti₅O₁₂，以其1.5V(vs. Li/Li⁺)电压、接近1的充放电效率和优越的循环性能广受关注，是一种很有潜力作为动力型锂离子电池负极材料的电极材料。

但是钛酸锂具有较差的电子导电性，这就限制了其高倍率性能。因此需要通过对其改性来改善其导电性，从而提高钛酸锂的大倍率性能，同时要保持其高可逆电化学容量和良好的循环性能。目前能够改善钛酸锂倍率性能的方法主要有：制备纳米粒径的钛酸锂，钛酸锂本体掺杂和引入导电相。目前有公开通过不同方法对钛酸锂进行碳包覆，虽然对其性能有一定改善，但是对其导电能力提高有限并且对比容量没有提高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮掺杂钛酸锂复合材料及其制备方法与锂离子电池，旨在解决现有方法对钛酸锂进行碳包覆，导电能力提高有限并且对比容量没有提高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种氮掺杂钛酸锂复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

（1）将纳米粒子分散于含有分散剂的溶剂中；

（2）将上述分散有纳米粒子的溶剂分成两部分，往一部分溶液中加入锂源，另一部分溶液中加入钛源，再混合两部分溶液制得溶胶；

（3）将溶胶加热至40～100℃，恒温搅拌4～10h，形成凝胶；

（4）将凝胶在100～200℃下去除溶剂得到前驱体；

（5）将前驱体在惰性气氛下加热到700～1000℃，然后在还原性气氛下煅烧5～20h，最后经冷却、研磨，得到氮掺杂钛酸锂复合材料。

所述的氮掺杂钛酸锂复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述纳米粒子选自纳米钛、纳米铝、纳米钒、纳米锆、纳米钽、纳米镁、纳米钙、纳米硼、纳米锰、纳米钨、纳米氮化碳和纳米氮化钛中一种或多种。

所述的氮掺杂钛酸锂复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述分散剂选自聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、三乙基己基磷酸、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯和硅烷偶联剂中的一种或多种。

所述的氮掺杂钛酸锂复合材料的制备方法，其中，步骤（2）中，所述锂源选自氢氧化锂、醋酸锂和硝酸锂中的一种或多种。