[发明专利]一种高性能氮掺杂碳包覆Ti2Nb10O29复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，涉及一种高性能氮掺杂碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉复 合电极材料的制备方法。

背景技术

随着能源危机和人们环保意识的增强，电动汽车越来越受到人们的广泛关注。锂离子电 池具有工作电压高、能量密度高和环境污染小等优点，被认为是电动汽车的首选电源。然而 目前商业的锂离子动力电池负极材料主要为石墨类碳材料，虽然其具有较好的循环性能、低 廉的价格，但是其安全性和倍率性能无法满足电动汽车用动力电池的要求。因此，急需开发 高性能和高安全性的新型负极材料。

近年来，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)因其具有高的安全性和优良的循环稳定性而受到人们的广 泛关注，但是其理论容量低(175mAh/g)，限制了其作为高比能量动力电池负极材料的规模 化应用。Ti₂Nb₁₀O₂₉具有与钛酸锂类似的充放电电压平台(1.65V左右)，能够有效避免固 体电解质氧化膜(SEI)和锂枝晶的形成，具有高的安全性，该材料在充放电过程中体积变 化较小，循环性能优良。此外，该材料的理论比容量为396mAh/g，高于商业化碳负极材料 的理论容量。因此，Ti₂Nb₁₀O₂₉被认为是新型的高动率型锂离子动力电池负极材料。

目前，关于Ti₂Nb₁₀O₂₉材料的研究还较少，仅有两篇文献报道。Wu等人以TiO₂和Nb₂O₅为原料利用高温固相法合成出尺寸约为1微米的Ti₂Nb₁₀O₂₉材料，在2C和10C倍率下的可逆容 量分别为210和133mAh/g。Cheng等人同样采用固相法合成出尺寸约为1微米的Ti₂Nb₁₀O₂₉材 料，在10C倍率下经过800次循环后的比容量保持在144mAh/g。从上面现有技术中可以看出， Ti₂Nb₁₀O₂₉的电化学性能特别是其高倍率性能并没有充分发挥出来，还需要对该材料进行改 进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种高性能氮掺杂碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉复合电极材料的制备方法，该方法提高了Ti₂Nb₁₀O₂₉材料的电导率，进而大幅度提高其倍率 性能和循环性能，解决了人们对该材料倍率性能的需求问题。此次，本发明工艺简单、操作 方便、原料价格低廉，适易于工业化生产。

其具体技术方案为：

一种高性能氮掺杂碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)按化学计量比称取二氧化钛、氧化铌及一定量的三聚氰胺加入到玛瑙罐中，以无 水乙醇或丙酮为介质，在行星式球磨上以一定转速球磨1-36小时；

(b)将步骤(a)所得浆料在60-120℃下真空干燥，得到粉体混合物；

(c)将上述步骤(b)所得粉体混合物置于马弗炉中，在惰性气体保护下，在一定温度 下煅烧0.1-51小时，冷却后即得氮掺杂碳包覆Ti₂Nb₁₀O₂₉复合电极材料。

优选地，步骤(a)所述的二氧化钛为锐钛矿型、金红石型、P25中的一种或几种。

优选地，步骤(a)所述的二氧化钛为纳米级。

优选地，步骤(a)中所述的三聚氰胺的质量为二氧化钛和氧化铌总质量之和的1％-100％。

优选地，步骤(a)中所述的球磨转速为240-800转/分钟。

优选地，步骤(c)中所述的惰性气氛为氩气、氮气中的一种或其混合气体。

优选地，步骤(c)中所述的煅烧温度为750-1460℃。