[发明专利]具有氧缺陷的钛酸锂电极材料及制备方法和应用

说明书

本发明提供一种具有氧缺陷的钛酸锂电极材料及制备方法和应用，造成钛酸锂氧缺陷的离子为H，注入的离子为H和N，最终具有氧缺陷的钛酸锂材料分子式为Li₄Ti₅O_12‑xN_x、或Li₄Ti₅O_12‑xH_x或Li₄Ti₅O_12‑x‑yN_xH_y，式中N为掺杂改性氮离子，H为掺杂改性氢离子，0＜x＜0.1,0＜y＜0.1。本发明材料能应用在锂离子电池、锂离子电容器负极材料中，本发明的钛酸锂电极材料具有一定的氧缺陷，这是因为经过等离子体刻蚀和离子注入后，使得材料表面具有一定程度的氧空位，从而导致具有一定的表面活性，这些氧空位扩宽了锂离子进入电极的离子通道的同时，使得材料吸附更多的锂离子在氧空位中，使得该改性钛酸锂材料具有优异的大倍率放电特性及良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池/电容的电极材料，具体涉及一种钛酸锂材料及制备方法及应用。

背景技术

具有“零应变”特性的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂具有良好的循环性能、平稳的锂化/脱锂平台和较好的安全特性，被广泛的应用在新型的锂离子电池中。目前主要用于电动巴士，储能电站，风能转换过程中调峰调频使用。但是，由于Li₄Ti₅O₁₂的电子导电性比较差，在大电流充放电时容量衰减快，理论比容量较低以及成本较高限制了其的应用。而通过掺杂金属离子和碳包覆可以有效的提高其电子导电率，或者通过制备纳米颗粒，降低锂离子的扩散路径来提高钛酸锂材料的倍率性能。然而，由于金属掺杂和碳包覆成本较高，且会产生副反应导致循环稳定性下降。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种具有氧缺陷的钛酸锂电极材料及制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种具有氧缺陷的钛酸锂电极材料，造成钛酸锂氧缺陷的离子为H，注入的离子为H和N，最终具有氧缺陷的钛酸锂材料分子式为Li₄Ti₅O_12-xN_x、或Li₄Ti₅O_12-xH_x或Li₄Ti₅O_12-x-yN_xH_y，式中N为掺杂改性氮离子，H为掺杂改性氢离子，0＜x＜0.1,0＜y＜0.1。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种具有氧缺陷的钛酸锂电极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：先配置1-8mol/L的醋酸锂溶液，加入偏钛酸TiO(OH)₂·xH₂O形成混合溶液，其中TiO(OH)₂在混合溶液中的浓度为10g/L-100g/L,然后将混合溶液置于水热釜中，在烘箱水热后，自然冷却到室温洗涤过滤得到白色前驱体粉末TiO₂；

步骤2：将所得TiO₂烘干后，与含锂可溶性化合物在球磨罐中加入溶剂进行湿法球磨，其中Li:Ti摩尔比(4.1-4.2):5，烘干得到白色粉末；

步骤3：最后将所得产物烘干后置于管式炉中，保护气氛中煅烧，然后自然降温冷却，最终所得即为钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料；