[發明專利]一種高性能氮摻雜碳包覆Ti2Nb10O29復合電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510810987.8
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN105470477A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 劉光印;季曉廣;鮑克燕;馮玉全;孫瑞雪;張瑞雪;郭佳莉;柳文敏;陳希涵
• 申請（專利權）人: 南陽師范學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，涉及一種高性能氮摻雜碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉復 合電極材料的制備方法。

背景技術

隨著能源危機和人們環保意識的增強，電動汽車越來越受到人們的廣泛關注。鋰離子電 池具有工作電壓高、能量密度高和環境污染小等優點，被認為是電動汽車的首選電源。然而 目前商業的鋰離子動力電池負極材料主要為石墨類碳材料，雖然其具有較好的循環性能、低 廉的價格，但是其安全性和倍率性能無法滿足電動汽車用動力電池的要求。因此，急需開發 高性能和高安全性的新型負極材料。

近年來，鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)因其具有高的安全性和優良的循環穩定性而受到人們的廣 泛關注，但是其理論容量低(175mAh/g)，限制了其作為高比能量動力電池負極材料的規模 化應用。Ti₂Nb₁₀O₂₉具有與鈦酸鋰類似的充放電電壓平臺(1.65V左右)，能夠有效避免固 體電解質氧化膜(SEI)和鋰枝晶的形成，具有高的安全性，該材料在充放電過程中體積變 化較小，循環性能優良。此外，該材料的理論比容量為396mAh/g，高于商業化碳負極材料 的理論容量。因此，Ti₂Nb₁₀O₂₉被認為是新型的高動率型鋰離子動力電池負極材料。

目前，關于Ti₂Nb₁₀O₂₉材料的研究還較少，僅有兩篇文獻報道。Wu等人以TiO₂和Nb₂O₅為原料利用高溫固相法合成出尺寸約為1微米的Ti₂Nb₁₀O₂₉材料，在2C和10C倍率下的可逆容 量分別為210和133mAh/g。Cheng等人同樣采用固相法合成出尺寸約為1微米的Ti₂Nb₁₀O₂₉材 料，在10C倍率下經過800次循環后的比容量保持在144mAh/g。從上面現有技術中可以看出， Ti₂Nb₁₀O₂₉的電化學性能特別是其高倍率性能并沒有充分發揮出來，還需要對該材料進行改 進。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種高性能氮摻雜碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉復合電極材料的制備方法，該方法提高了Ti₂Nb₁₀O₂₉材料的電導率，進而大幅度提高其倍率 性能和循環性能，解決了人們對該材料倍率性能的需求問題。此次，本發明工藝簡單、操作 方便、原料價格低廉，適易于工業化生產。

其具體技術方案為：

一種高性能氮摻雜碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(a)按化學計量比稱取二氧化鈦、氧化鈮及一定量的三聚氰胺加入到瑪瑙罐中，以無 水乙醇或丙酮為介質，在行星式球磨上以一定轉速球磨1-36小時；

(b)將步驟(a)所得漿料在60-120℃下真空干燥，得到粉體混合物；

(c)將上述步驟(b)所得粉體混合物置于馬弗爐中，在惰性氣體保護下，在一定溫度 下煅燒0.1-51小時，冷卻后即得氮摻雜碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉復合電極材料。

優選地，步驟(a)所述的二氧化鈦為銳鈦礦型、金紅石型、P25中的一種或幾種。

優選地，步驟(a)所述的二氧化鈦為納米級。

優選地，步驟(a)中所述的三聚氰胺的質量為二氧化鈦和氧化鈮總質量之和的1％-100％。

優選地，步驟(a)中所述的球磨轉速為240-800轉/分鐘。

優選地，步驟(c)中所述的惰性氣氛為氬氣、氮氣中的一種或其混合氣體。

優選地，步驟(c)中所述的煅燒溫度為750-1460℃。