[發明專利]一種氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811424643.3
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109473656A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 俞兆喆;田冰冰;李瑛;蘇陳良;魏堃
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開了一種氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合電極材料及其制備方法。采用鈦酸鋰/二氧化鈦復合物，通過有氮源的還原性氣氛中加熱制備成氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦的復合電極材料。所述復合材料以金屬鋰為負極制成半電池，0.1C倍率下容量可以達到200mAh/g，50C倍率充放電時首次充放電容量超過125mAh/g，50C充放電倍率循環10000次后放電容量仍高于118mAh/g。本發明所提供的制備氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合電極材料的方法成本低廉，制備工序簡單靈活，可以適用于大規模的生產，制備的復合電極材料大倍率性能良好，并具有較高比容量，作為動力電池負極材料制作成動力電池時，倍率性能和循環性能優秀，可用于電動車所需的鋰離子電池體系，具有替代超級電容器等產品的潛力。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，尤其涉及一種氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合電極材料的制備方法及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有安全，使用壽命高，便捷可攜帶的特點使其作為一種便攜式新型能源在眾多電子產品領域獲得了廣泛地運用。

目前，鋰離子電池用負極材料的重點研究方向正朝著高比容量，大倍率高循環性能和高安全性能的動力型電池材料方向發展。傳統的碳材料由于具有低倍率性能好和循環性能好的特點，是最早使用也是使用最多的負極材料。但碳材料的理論容量低（372mAh/g)，由于低電壓下易形成枝晶造成電池內部短路，從而使其大電流充放電的安全性變差，使得人們尋找在比碳負極稍正的電位下嵌鋰的安全可靠的新型負極材料。具有尖晶石結構的鈦酸鋰作為負極材料不僅提高了充放電電壓，而且在脫嵌鋰過程中形成的兩種物晶格參數相近，體積效應小，被稱為零應變材料。尤其是Li4Ti5O12以其1.5V（vs.Li/Li+)左右的電壓平臺，接近100%的充放電效率和優越的循環性能廣受關注。是一種很具有潛力的動力型鋰離子電池負極材料。

但鈦酸鋰材料在電池中作為負極材料使用，由于其自身特性的原因，材料與電解液之間容易發生相互作用并在充放循環反應過程中產生氣體析出，因此普通的鈦酸鋰電池容易發生脹氣，導致電芯鼓包，電性能也會大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環壽命。且鈦酸鋰具有較差的電子導電性，這就限制了其高倍率性能。因此需要通過對其改性來改善其導電性，從而提高鈦酸鋰的大倍率性能。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明的目的在與克服現有的技術缺陷，提供一種鈦酸鋰/二氧化鈦的復合電極材料及其制備方法。利用氮化改性改善電極材料的電子導電網絡，利用氮化二氧化鈦改善材料顆粒和晶粒之間的晶界電阻，提高鋰離子傳導速率；通過鈦酸鋰的表面氮化提高材料的電子傳導特性，提高其大倍率性能。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合電極材料的制備方法，其中，包括步驟：

將鋰源和鈦源分別溶于乙醇，將得到鋰源溶液和鈦源溶液加入到乙酸中，得到混合溶液；

將所述混合溶液加熱至40~100℃，在恒溫條件下，攪拌反應第一預定時間，得到鈦酸鋰前驅體溶液；

將所述鈦酸鋰前驅體溶液在80~120℃下烘干，得到鈦酸鋰前驅體；

將所述鈦酸鋰前驅體，在還原性氣氛中，在400~900℃溫度條件下，煅燒第二預定時間后經冷卻，研磨，得到鈦酸鋰/二氧化鈦復合粉體；

將所述鈦酸鋰/二氧化鈦復合粉體在含氮氣氛中，在500~900℃溫度條件下，保溫第三預定時間，得到氮化鈦酸鋰/氮化二氧化鈦復合粉體。

所述的制備方法，其中，所述鋰源為氫氧化鋰、醋酸鋰和硝酸鋰中的一種或多種。

所述的制備方法，其中，所述鈦源為鈦酸四丁酯，鈦酸四異丙脂和四氯化鈦中的一種或多種。