[发明专利]稀土掺杂钛酸锂电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂钛酸锂电极材料及其制备方法。所述稀土掺杂钛酸锂材料的制备方法包括：先将二氧化钛、碳酸锂、稀土化合物、糖类化合物混合于溶剂中，制备浆料；将浆料干燥；在惰性气氛、还原气氛或真空下进行第一阶段煅烧，在氧化气氛中进行第二阶段煅烧，制备稀土掺杂钛酸锂材料。本发明制备的稀土掺杂钛酸锂电极材料具有高倍率性能、良好的循环稳定性和快速充放电能力等优良特性，而且制备方法简单，可批量化制备。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂钛酸锂电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、循环寿命长等优点，在储能领域得到了广泛的应用。尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)具有安全性高、循环稳定性好等优点，成为理想的锂离子负极材料。但尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的低锂离子扩散系数和电子导电率限制了其在高倍率下的快速充放电性能，因此，亟需开发一种可在高倍率下快速充放电的电极材料。

发明内容

为改善上述技术问题，本发明提供一种稀土掺杂钛酸锂材料，化学式为Li₄Ti_5-xR_xO₁₂；其中0.01≤x≤0.1，优选为0.02≤x≤0.06；R为稀土元素，选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)、钪(Sc)中的一种、两种或更多种，优选为镧(La)和/或铈(Ce)。

本发明还提供上述稀土掺杂钛酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化钛、碳酸锂、稀土化合物、糖类化合物混合于溶剂中，制备浆料；

(2)将浆料干燥，制备稀土掺杂钛酸锂的前驱体；

(3)将稀土掺杂钛酸锂的前驱体在惰性气氛、还原气氛或真空下进行第一阶段煅烧，制备碳包覆稀土掺杂钛酸锂材料；

(4)将碳包覆稀土掺杂钛酸锂材料在氧化气氛中进行第二阶段煅烧，制备稀土掺杂钛酸锂材料；所述氧化气氛中至少包含氧气。

根据本发明，步骤(1)中，稀土化合物选自稀土硝酸盐、稀土硫酸盐、稀土氯化物、稀土氧化物中的至少一种，例如硝酸镧、硫酸镧、三氧化二镧、硝酸铈、硫酸铈、二氧化铈中的至少一种；所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种，优选为乙醇。

根据本发明，步骤(1)中，糖类化合物选自蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖醇、山梨糖、麦芽糖中的至少一种，优选为葡萄糖。

根据本发明，步骤(1)中，稀土化合物与二氧化钛的摩尔比为1:499～10:490，优选为2:499～6:490，例如1:499、2:498、3:497、4:496、5:495、6:494、8:492、10:490。

根据本发明，步骤(1)中，糖类化合物与二氧化钛的质量比为2:1～1:10，优选为1:1～1:6，例如2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:8、1:10。

根据本发明，步骤(2)中，干燥的温度可以为60～100℃，例如80℃；

干燥的时间可以为10-14小时，例如12小时；