[发明专利]掺杂铌酸钛与电池

说明书

一种掺杂铌酸钛，其化学结构为Ti_(1‑x)M1_xNb_(2‑y)M2_yO_(7‑z)Q_z或Ti_(2‑x’)M1_x，Nb_(10‑y’)M2_y’O_(29‑z’)Q_z’，其中M1为Li、Mg或上述的组合；M2为Fe、Mn、V、Ni、Cr或上述的组合；Q为F、Cl、Br、I、S或上述的组合；0≤x≤0.15；0≤y≤0.15；0.01≤z≤2；0≤x′≤0.3；0≤y′≤0.9；以及0.01≤z’≤8。

技术领域

本发明涉及电池，更特别涉及电池的负极组成。

背景技术

现今主流的碳负极材料虽具有不错的电容量(～350mAh/g)，但在循环寿命、安全性、可快充等特性仍有瓶颈。而钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)具有长寿命、高安全的快充负极材料，但电容量较低(～165mAh/g)。铌酸钛(TiNb₂O₇，TNO)具有更高的理论电容量(～380mAh/g)，其1.6V的工作电位可防止锂枝晶生成，安全性与循环寿命良好，振实密度也较高，适合作为下一代快充负极。目前锂电池能量密度高，但充电速率较差(＜5C，充入50％)。钛酸锂电池虽然充电速度快(＞5C，充入80％以上)，但能量密度低。由于铌酸钛的电容量和密度明显优于钛酸锂，可大幅增加快充锂电池的能量密度，而拥有更大的应用范围，比如提升电动车的续航力与充电速度、储能系统的储能密度，甚至减少消费型电子产品的充电时间。此外，铌酸钛的低温性能良好，可适应各种恶劣环境。然而铌酸钛的导电性质不佳，如需用于动力锂电池，则需进一步对材料改性以得到更好性能。

发明内容

本发明一实施例提供的掺杂铌酸钛，其化学结构为Ti_(1-x)M1_xNb_(2-y)M2_yO_(7-z)Q_z或Ti_(2-x′)M1_x，Nb_(10-y’)M2_y′O_(29-z′)Q_z′，其中M1为Li、Mg或上述的组合；M2为Fe、Mn、V、Ni、Cr或上述的组合；Q为F、Cl、Br、I、S或上述的组合；0≤x≤0.15；0≤y≤0.15；0.01≤z≤2；0≤x’≤0.3；0≤y’≤0.9；以及0.01≤z’≤8。

在一些实施例中，Ti_(1-x)M1_xNb_(2-y)M2_yO_(7-z)Q_z的晶格为单斜晶，而Ti_(2-x，)M1_x，Nb_(10-y’)M2_y’O_(29-z’)Q_z，的晶格为ReO₃型晶格。

在一些实施例中，掺杂铌酸钛为多个一次粒子组成的多孔结构。

在一些实施例中，多孔结构的粒径中位数(d₅₀)介于0.3微米至60微米之间，一次粒子的粒径中位数(d₅₀)介于0.01微米至5微米之间，且多孔结构的孔径介于50纳米至1微米之间。

在一些实施例中，掺杂铌酸钛，其为非多孔结构。

在一些实施例中，非多孔结构的粒径中位数介于0.01微米至10微米之间。

在一些实施例中，掺杂铌酸钛还与钛酸锂混合形成复合材料，其中掺杂铌酸钛与钛酸锂的重量比例介于90∶10至10∶90之间。