[发明专利]用于高倍率锂离子电池的、具有分级微/纳米结构的金属/非金属共掺杂的钛酸锂球体

权利要求书

1.一种钛酸锂(LTO)材料，包括：

多个微米尺寸的次级LTO球体，以及

多个孔，包含由至少一种金属掺杂剂形成的至少一种金属；

其中，每个微米尺寸的次级LTO球体还包括多个纳米尺寸的初级LTO粒子；

其中，一个或多个纳米尺寸的初级LTO粒子被由至少一种非金属掺杂剂形成的至少一种非金属层包封。

2.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，LTO材料包括分级微/纳米结构。

3.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，金属掺杂剂是银、铜、镍、钴、锰、金、铂、铁或锡。

4.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，非金属掺杂剂是碳、氮或氟。

5.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，钛酸锂材料包括0.5～10wt％的至少一种金属掺杂剂。

6.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，钛酸锂材料包括0.5～30wt％的至少一种非金属掺杂剂。

7.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，每个微米尺寸的次级LTO球体的尺寸在1至5μm的范围内。

8.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，每个纳米尺寸的初级LTO粒子的尺寸在5至20nm的范围内。

9.根据权利要求1所述的钛酸锂材料，其中，每个所述孔的直径在10至100nm的范围内。

10.一种用于锂离子电池的阳极浆料，所述阳极浆料包括权利要求1所述的LTO材料。

11.一种用于制造金属和非金属共掺杂的钛酸锂(LTO)材料的方法，所述方法包括以下步骤：

将至少一种含钛(Ti)前体、至少一种含锂(Li)前体和至少一种非金属掺杂剂前体在至少一种溶剂中混合，以形成混合物；

在范围从1.5atm至5atm的压力和在范围从120℃至200℃的加热温度下通过水热工序对所述混合物进行加热，以形成纳米尺寸的初级LTO粒子，其中，一个或多个纳米尺寸的初级LTO粒子被由至少一种非金属掺杂剂形成的至少一种非金属层包封；

在范围从450℃至750℃的第一煅烧温度下煅烧纳米尺寸的初级LTO粒子，以形成微米尺寸的次级LTO球体；

将微米尺寸的次级LTO球体浸入在含至少一种金属掺杂剂的溶液中，以使至少一种金属掺杂剂包含在微米尺寸的次级LTO球体中；

在真空中对还包含有所述金属掺杂剂的微米尺寸的次级LTO球体进行干燥；以及

在范围从450℃至750℃的第二煅烧温度下对包含有所述金属掺杂剂的微米尺寸的次级LTO球体进行煅烧，以形成LTO材料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述混合物包括1-7wt％的含Ti前体、4-10wt％的含Li前体、80-92wt％的溶剂以及1-10wt％非金属掺杂剂前体。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，含Ti前体是钛酸四丁酯，含Li前体是脱水醋酸锂。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，非金属掺杂剂前体是碳源或尿素。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，非金属掺杂剂前体是碳、氮或氟。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，水热工序在内衬聚四氟乙烯的高压釜中进行。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，含金属掺杂剂的溶液包括铜、镍、钴、锰、金、铂、铁和/或锡中的一种或多种离子。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，煅烧纳米尺寸的初级LTO粒子的步骤还包括：

在管式炉中氮气氛下煅烧纳米尺寸的初级LTO粒子；以及

以0.5℃/min至5℃/min的范围内的第一加热速率将纳米尺寸的初级LTO粒子加热到第一煅烧温度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，煅烧微米尺寸的次级LTO球体的步骤还包括：

在管式炉中氮气氛下煅烧微米尺寸的次级LTO球体；以及

以0.5℃/min至5℃/min的范围内的第二加热速率将微米尺寸的次级LTO球体加热到第二煅烧温度。

20.根据权利要求11所述的方法，还包括在通过水热工序对所述混合物进行加热的步骤之后，

干燥纳米尺寸的初级LTO粒子；以及

研磨纳米尺寸的初级LTO粒子。