[发明专利]一种钛铌氧化物电极材料及其制备方法、锂离子纽扣电池

说明书

本发明公开了一种钛铌氧化物电极材料及其制备方法、锂离子纽扣电池，涉及电池技术领域。本发明的实施例提供的钛铌氧化物电极材料的制备方法包括对钛铌氧化物进行异质金属离子M的掺杂，且钛铌氧化物的分子式为Ti_xNb_yO_2x+2.5y，其中x＝0.1～1，y＝1～2。其中，通过异质金属离子的掺杂会使得M‑TNO结构中发生电荷重新排布、增加晶格参数和晶胞体积、平均晶粒尺寸变小等，进而显著提高钛铌氧化物的电子传导性，改善其电化学性能。因此，通过异质金属离子的掺杂可解决电子导电率和离子导电率低的问题，从而提高材料的容量及循环。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种钛铌氧化物电极材料及其制备方法、锂离子纽扣电池。

背景技术

锂离子电池具备高比能量和对环境影响小等优势，而一度被认为是最重要和最先进的储能技术。尽管基于负极材料的商业锂电池已经占领了便携设备的市场，但是还是无法摆脱大功率下动力学低的困境。而且，碳材料的嵌锂电位较低，只有0.2V，快速充放电时可能形成枝晶，导致一定的安全隐患。

因此，钛基材料因其合适的嵌锂电位而被广泛的研究。尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂的工作电压为1.5V左右，充放电过程中不会有SEI膜和锂枝晶的产生，所以其倍率性能的循环性能非常好，但是其理论比容量仅有175mAh/g，这在很大程度上限制了Li₄Ti₅O₁₂的应用价值。

最近钛铌氧化物由于其电压平台也在1V～2V之间，故而也被纳入有竞争力的负极候选材料之一。钛铌氧化物(Ti-Nb-O)一般可以通过在高温下锻烧氧化铌和氧化钛制备得到，这主要是因为铌原子和钛原子的半径相差不多，化学性质相似，可以在高温下形成固溶体。钛铌氧化合物由于其较高的锂储存能力(理论比容量达到390mAh/g左右)以及合适的嵌锂电位(1.6V左右)，而被看作极具潜力的钛酸锂材料的替代材料。

虽然钛铌氧化物的晶体结构非常有利于Li+的嵌入和脱出，然而电子导电率和离子导电率低的问题严重限制了其电化学性能的提高。因此，需要一种能提升钛铌氧化物的电化学性能，并且制备工艺简单、可商业化的制备方法。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供钛铌氧化物电极材料的制备方法、钛铌氧化物电极材料和锂离子纽扣电池，其通过异质金属离子的掺杂会使得M-TNO结构中发生电荷重新排布、增加晶格参数和晶胞体积、平均晶粒尺寸变小等，进而显著提高钛铌氧化物的电子传导性，改善其电化学性能。因而，通过异质金属离子的掺杂可解决电子导电率和离子导电率低的问题，从而提高材料的容量及循环性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种钛铌氧化物电极材料的制备方法，包括：

对钛铌氧化物进行异质金属离子M的掺杂，且钛铌氧化物的分子式为Ti_xNb_yO_2x+2.5_y，其中x＝0.1～1，y＝1～2。

在可选的实施方式中，异质金属离子M包括Ni⁴⁺、Zn²⁺、Mo⁶⁺以及Ru⁴⁺。当然，在本发明的其他实施例中，抑制金属离子还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。

在可选的实施方式中，在对钛铌氧化物进行异质金属离子M的掺杂的步骤具体包括：

将铌源和含有异质金属离子M的金属氧化物配置成第一浆料，且对第一浆料进行湿法球磨；

加入钛源并继续研磨混合后得到第二浆料。