[发明专利]一种稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂、制备方法和应用

权利要求书

1.一种稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂，其特征在于，其分子的表达式为Li_xM_pTi_y-pO_z/C，式中M为掺杂的稀土金属元素，其中0＜x≤8，0＜p＜5，0＜y≤6，1≤z≤12，1/2≤x:y≤2，所述M为铈、钕、钐、镝或钪。

2.一种稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂的制备方法，其包括如下步骤：

S1、向TiOSO₄溶液中滴加氨水或加尿素，出现白色絮状沉淀，至溶液pH≥7，将沉淀反复过滤，至滤液中无SO₄^2-为止；

S2、将步骤S1获得的沉淀与稀土金属的硝酸盐混合，用酸加热溶解得到稀土金属离子掺杂的TiO²⁺溶液；

S3、向溶液中加入柠檬酸、葡萄糖、长链烷烃或苯的含碳有机物，之后，用氨水或者尿素调节溶液pH≥5；

S4、将步骤S3获得的溶液进行恒温焙烧，得到稀土金属元素掺杂的TiO₂；

S5、将获得的所述稀土金属元素掺杂的TiO₂加入纳米碳酸锂和葡萄糖，搅拌混匀，加入球磨罐中；

S6、再加入研磨球，之后抽真空，通入保护气体，启动球磨罐，升温后保温处理；之后获得掺杂稀土元素碳包覆的钛酸锂粉体。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述稀土金属硝酸盐中的稀土金属元素为铈、钕、钐、镝或钪中的任一种；所述沉淀中的Ti与稀土金属硝酸盐中的用量按照掺杂金属元素与Ti的摩尔比范围是0～0.1:1进行。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述柠檬酸的加入量与TiO²⁺的摩尔比1～30:9。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述恒温焙烧的温度为150～1000℃，时间为2～12h。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述稀土金属元素掺杂的TiO₂与纳米碳酸锂按照锂元素与钛元素摩尔比为0.80～0.90:1进行配料。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所葡萄糖的掺加量按反应物换算为Li₄Ti₅O₁₂分子与葡萄糖中C原子的摩尔比为100:0～20进行添加。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述球磨罐的温度优选为300～700℃，时间为2～18h。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述研磨球的加入量与原料质量比为15～30:1；所述保护气体为惰性气体。

10.权利要求1所述的稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂材料，或权利要求2-9中任意一项制备方法获得的稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂材料在制备锂电池的负极材料中的应用。