[發明專利]碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備及應用

在審

• 申請號: 201410521804.6
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104393271A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 李宏斌
• 申請（專利權）人: 李宏斌
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

1.碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)將二氧化鈦、碳酸鋰和稀土鹽混勻，置于真空或保護氣體氛圍中煅燒，自然冷卻，得到稀土摻雜鈦酸鋰；

2)將碳源和稀土摻雜鈦酸鋰混勻，在真空或保護氣體氛圍中煅燒，自然冷卻，得到碳包覆稀土摻雜鈦酸鋰；

3)將氮源和碳包覆稀土摻雜鈦酸鋰混勻，在真空或保護氣體氛圍中煅燒，使得稀土摻雜鈦酸鋰表面部分的氮元素和鈦元素形成鈦氮化學鍵TiN，自然冷卻，得到碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰；氮化稀土摻雜鈦酸鋰表示為Li₄Ti_5-xM_xO₁₂/TiN，M為摻雜稀土元素，0≤x≤1。

2.根據權利要求1所述碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：

所述二氧化鈦晶型為金紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型或無定型；所述稀土鹽為鑭系稀土鹽，所述鑭系稀土鹽包括鑭系硫酸鹽、鑭系硝酸鹽、鑭系碳酸鹽、鑭系氯化鹽和鑭系醋酸鹽中的一種或幾種；

所述碳源包括瀝青、淀粉、葡萄糖、麥芽糖、檸檬酸、環糊精、醋酸纖維、環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醛樹脂、聚乙烯醇和聚乙二烯中的一種或幾種；

所述氮源包括尿素、縮二尿、單氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺、含碳元素的離子液體和氮元素的離子液體中的一種或幾種。

3.根據權利要求1或2所述的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：

所述稀土鹽中的稀土元素和二氧化鈦中的鈦元素的摩爾比為1～10:100；所述碳源和稀土摻雜鈦酸鋰中鈦酸鋰的質量百分比為1～20:100；所述氮源和碳包覆稀土摻雜鈦酸鋰的質量百分比為0.1～20:100。

4.根據權利要求2所述的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：所述含氮元素離子液體包括咪唑類、吡啶類、季銨類、吡咯烷類、哌啶類、季鏻類和功能化離子液體中的一種或多種；

所述咪唑類為二取代咪唑類和三取代咪唑類中的一種或兩種；所述吡啶類為二取代吡啶類和三取代吡啶類中的一種或兩種；

所述功能化離子液體為N-烷基咪唑、胺基功能化類、磺酸功能化類、羥基功能化類、氰基功能化類、烯基功能化類、醚基功能化類、芐基功能化類、羧基功能化類、酯基功能化類和胍類離子液體中的一種或多種。

5.根據權利要求4所述的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：

當所述氮源為尿素、縮二尿、乙腈、單氰胺、二聚氰胺和三聚氰胺一種或幾種時，生成碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的碳包覆層含有碳元素；當所述氮源為含碳和氮元素離子液體時，生成碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的碳包覆層含有碳元素和氮化碳。

6.根據權利要求5所述的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：

所述保護氣體為氮氣、氦氣和氬氣中的一種或多種。

7.根據權利要求6所述的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰的制備方法，其特征在于：

所述步驟1)中的煅燒條件為：在真空或保護氣體氛圍中，以2～5℃/分鐘的速度升溫到300～500℃，并在此溫度下保持0.5～2小時，然后再繼續以2～5℃/分鐘的速度升溫到500～950℃，并在此溫度下保持0.5～2小時，反應結束后在真空或保護氣體氛圍中自然冷卻至室溫；

所述步驟2)中的煅燒條件為：在真空或保護氣體氛圍中，以2～5℃/分鐘的速度升溫到300～500℃，并在此溫度下保持0.5～2小時，然后再繼續以2～5℃/分鐘的速度升溫到500～950℃，并在此溫度下保持0.5～2小時，反應結束后在真空或保護氣體氛圍中自然冷卻至室溫；

所述步驟3)中的煅燒條件為：在真空或保護氣體氛圍中，以2～5℃/分鐘的速度升溫到300～500℃，并在此溫度下保持0.5～2小時，反應結束后在真空或保護氣體氛圍中自然冷卻至室溫。

8.權利要求1-7之任一項所制備的碳包覆氮化稀土摻雜鈦酸鋰在鋰離子二次電池負極材料中的應用。