[發(fā)明專利]一種氧缺位型鈦酸鋰復合材料及其制備方法、鈦酸鋰電池

在審

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• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106935827A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 陳永;劉云龍;劉高俠;陳冠華
• 申請（專利權）人: 劉高俠
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;C01G23/00
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務所32255
• 代理人: 劉喜蓮

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種氧缺位型鈦酸鋰復合材料及其制備方法，以及采用該氧缺位型鈦酸鋰復合材料的鈦酸鋰電池。

背景技術

二次電池材料中，鈦酸鋰材料在鋰離子嵌入脫出的過程中晶體結構能夠保持高度的穩(wěn)定性，體積幾乎不發(fā)生變化，屬零應變材料，從而具有優(yōu)良的循環(huán)性能和平穩(wěn)的放電電壓；鈦酸鋰材料脫嵌鋰電位為1. 55V，不會引起枝晶鋰的析出，安全性高；鈦酸鋰材料具有三維的鋰離子傳輸通道，鋰離子擴散系數(shù)（為2*10^-8 cm²/s）比碳負極高一個數(shù)量級等，可實現(xiàn)多次快速充放電，因此鈦酸鋰材料是一種非常重要的電極材料。但是，鈦酸鋰材料本身導電性差（導電率10^-13S/cm），大電流充放電時易產(chǎn)生較大的極化，限制了其高倍率充放電性能。針對這一缺點，目前進行了大量的引入石墨烯、碳納米管等碳烯六環(huán)結構導電材料的研究工作。

中國發(fā)明專利CN201010531928.4通過引入氧化石墨烯和有機碳源（吡咯單體或其衍生物、苯胺單體或其衍生物、噻吩單體或其衍生物中一種以上）制備了鈦酸鋰復合材料； 中國發(fā)明專利CN201310105495.X 通過引入濃硫酸法石墨烯和碳源（蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、苯胺及聚氯乙烯、聚偏氟乙烯高分子樹脂中的一種）制備了鈦酸鋰復合材料。上述鈦酸鋰復合材料性能有一定的改善，但制備過程引入了生產(chǎn)過程有嚴重污染的氧化石墨烯及其石墨烯，且工藝過程苛刻，導電材料不易與鈦酸鋰牢固結合，難以形成穩(wěn)定均勻的材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種工藝簡單環(huán)保、節(jié)能降耗的氧缺位型鈦酸鋰復合材料的制備方法。

本發(fā)明所要解決的技術問題是，還提供了按照前述方法制備得到的氧缺位型鈦酸鋰復合材料。

本發(fā)明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種氧缺位型鈦酸鋰復合材料的制備方法，其特點是，該方法包括：將純的鈦酸鋰或摻雜金屬元素M的鈦酸鋰置于有機氣體和惰性氣體的混合氣體氣氛中，在700~1000℃下保溫5min~24h，冷卻，得氧缺位型鈦酸鋰復合材料；

所述金屬元素M選自鐵、鈷、鎳、鉬、鋯、銅、鋅、鎂、鋁、硅、稀土元素中的至少一種；

所述有機氣體為具有七個碳原子及七個碳原子以下的烷烴、烯烴、炔烴或氣態(tài)醇類中的一種，有機氣體占混合氣體總體積的5~95%。

本發(fā)明所述的純的鈦酸鋰或摻雜金屬元素M的鈦酸鋰為市售的或現(xiàn)有技術中公開的任何一種可以應用于本發(fā)明方法的鈦酸鋰。

本發(fā)明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現(xiàn)。本發(fā)明所述的氧缺位型鈦酸鋰復合材料的制備方法中，所述的純的鈦酸鋰按如下方法制備：按照鋰與鈦的摩爾比為3~6:5稱取鋰源和鈦源，將鋰源和鈦源直接混合，得混合物；或將鋰源、鈦源分散于去離子水或有機溶劑中，攪拌均勻，噴霧干燥處理，得混合粉；將上述混合物或混合粉置于600~1200℃下，在空氣中煅燒2~24h，即得鈦純的鈦酸鋰。進一步優(yōu)選地，所述的純的鈦酸鋰按如下方法制備：按照鋰與鈦的摩爾比為3.5~5:5稱取鋰源和鈦源，將鋰源和鈦源直接混合，得混合物；或將鋰源、鈦源分散于去離子水或有機溶劑中，攪拌均勻，噴霧干燥處理，得混合粉；將上述混合物或混合粉置于800~1000℃下，在空氣中煅燒6~15h，即得純的鈦酸鋰。

本發(fā)明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現(xiàn)。本發(fā)明所述的氧缺位型鈦酸鋰復合材料的制備方法中，所述的摻雜金屬元素M的鈦酸鋰按如下方法制備：按照鋰、鈦、金屬M的摩爾比為3~6:5:0.01~10稱取鋰源、鈦源、以及金屬元素M的鹽類或M的氧化物，直接混合，得混合物；或將鋰源、鈦源，以及金屬元素M的鹽類或M的氧化物分散于去離子水或有機溶劑中，攪拌均勻，噴霧干燥處理，得混合粉；將上述混合物或混合粉置于600~1200℃下，在空氣中煅燒2~24h，即得摻雜金屬元素M的鈦酸鋰。進一步優(yōu)選地，所述的摻雜金屬元素M的鈦酸鋰按如下方法制備：按照鋰、鈦、金屬M的摩爾比為3.5~5:5:0.1~5稱取鋰源、鈦源、以及金屬元素M的鹽類或M的氧化物，直接混合，得混合物；或將鋰源、鈦源，以及金屬元素M的鹽類或M的氧化物分散于去離子水或有機溶劑中，攪拌均勻，噴霧干燥處理，得混合粉；將上述混合物或混合粉置于850~1100℃下，在空氣中煅燒8~20h，即得摻雜金屬元素M的鈦酸鋰。