[發明專利]一種鈮改性的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710111662.X
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107069021A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 莊巍;呂金釗;李雙雙;劉榮芳;趙成龍;王瑛
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 張貴賓

（一）技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種鈮改性的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法。

（二）背景技術

近年來，國內新能源汽車行業發展迅速，電池種類豐富多樣，市場對電池的需求和要求逐漸增加。其最關心的關鍵指標主要集中在五大方面：安全穩定性能、循環壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度。鈦酸鋰電池在實際應用中展現出全面而相對均衡的技術性能優勢。鈦酸鋰電池經權威第三方測試發現，在針刺、擠壓、短路等嚴苛測試下，不冒煙、不起火、不爆炸。鈦酸鋰電池除了是目前鋰電池中安全穩定性最高，也是壽命最長的電池。另外，和當前磷酸鐵鋰電池慢充最多使用五年、快充最多使用兩年相比，鈦酸鋰優勢十分突出。鈦酸鋰電池由于可快速充放電，不僅大大縮短充電時間，而且快充對循環壽命影響較小，熱穩定性強。來自目前推廣應用新能源車比例最高的公交市場的反饋顯示，快充更加適合當前公交市場的實際需求。

鈦酸鋰材料本身具有比容量低、電子電導率低等缺點，人們多采用摻雜或與導電率高的材料復合的方法改性鈦酸鋰，進而改善材料性能。通過鈮元素的摻雜改性鈦酸鋰的研究已有報道，但多為實驗室階段的研究，用于產業化生產尚不成熟。如專利CN104157868A中所報道的溶膠凝膠法制備Nb摻雜鈦酸鋰，工藝復雜，生產成本高，過程條件不易控制等不足。

（三）發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種步驟簡單、易于工業化生產的鈮改性的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種鈮改性的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）按照Li⁺和Ti⁴⁺物質的量之比為4.0-5.0:5稱取鋰的化合物與納米二氧化鈦，將鋰的化合物與納米二氧化鈦溶解于去離子水中，超聲處理1-10h，得到懸濁液；

（2）將五氯化鈮用乙醇溶液加入到反應釜中，同時加入步驟（1）得到的懸濁液，常溫下磁力攪拌，得到均勻的懸濁液，然后繼續攪拌1h以上；

（3）將步驟（2）得到的懸濁液烘干，除去溶劑，得到白色的Nb摻雜的鈦酸鋰前驅體；

（4）將前驅體研磨，然后置于馬弗爐中進行一次煅燒；

（5）煅燒產物經研磨后，置于氮氣氣氛中進行二次煅燒，煅燒時間為1h以上，得到摻雜Nb的Li₄Ti₅O₁₂負極材料。

本發明利用Nb離子摻雜對鈦酸鋰晶格中的Ti離子位點進行同晶取代，改變鈦酸鋰的晶格參數，再通過兩步焙燒法，獲得電化學性能優良的改性鈦酸鋰鋰離子電池負極材料，產品顯示出優異的倍率性能和循環性能。

本發明的更優技術方案為：

步驟（1）中，鋰的化合物為氫氧化鋰、硝酸鋰和碳酸鋰中的一種或多種，納米二氧化鈦為銳鈦礦結構。

步驟（2）中，五氯化鈮與Li₄Ti₅O₁₂的質量比為0-0.1:1，均勻的懸濁液的繼續攪拌時間為1-10h。

步驟（3）中，烘干溫度為80-200℃。

步驟（4）中，一次煅燒的溫度為600-800℃，時間為8-16h。

步驟（5）中，二次煅燒的溫度為700-900℃，時間為1-5h。

與現有技術相比，本發明提供的鈮摻雜鈦酸鋰負極材料具有制備工藝簡單，成本較低，易于產業化的特點，所得產品粒徑小，分散性好，電化學性能優良，循環及倍率性能優異，實用性強。

（四）附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

圖1為實施例1的鈮摻雜鈦酸鋰的X射線衍射圖譜；

圖2為實施例2的鈮摻雜鈦酸鋰的掃描電鏡照片；

圖3為實施例1-4的鈮摻雜鈦酸鋰在1C電流密度下的充放電曲線示意圖；

圖4為實施例1-4的鈮摻雜鈦酸鋰在不同倍率下的比容量數據對比示意圖。

（五）具體實施方式

為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步介紹和說明。

實施例1：

按照物質的量之比Li:Ti=4.25:5，分別稱取氫氧化鋰和二氧化鈦，向去離子水中加入0.8798g氫氧化鋰和1.9702g二氧化鈦，超聲處理10h至形成均勻的懸濁液。稱取0.0226g五氯化鈮溶解與無水乙醇中，并將該醇溶液與上述懸濁液混合置于反應釜中，磁力攪拌5h。而后將懸濁液在100℃下烘干。