[发明专利]基于碳氮导电层修饰钛酸锂材料的改性方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备领域，特别涉及一种基于碳氮导电层修饰钛酸锂 材料的改性方法。

（二）背景技术

随着能源与环境问题的日显突出，电动汽车尤其是纯电动汽车的发展势在必行。开发 价格低廉、安全和高容量、大倍率充放电性能的锂离子二次电池也已成为世界各国竞相发 展的重点。钛酸锂为“零应变”材料，充放电过程中，锂离子的嵌入与脱嵌并不会影响晶体结 构发生改变，具有良好的循环性能，成为理想的负极材料。但是钛酸锂的电导率非常低(＜ 10^-13S/m)，严重影响了其倍率性能，快速充放电时易产生大的极化。目前针对以上问题进行 改性研究主要有：(1)材料纳米化，减小粒径缩短锂离子迁移路径；(2)提高电子导电率，主 要采用金属元素掺杂、碳或碳纳米管包覆等方法。中国专利(CN201210163712.6、 CN201010575269.4、CN201310036005.5、CN201010149910.8)报道了碳纳米管、碳纳米管和 碳修饰改性钛酸锂的方法，此类方法均可以提高钛酸锂的电子电导率，但是也存在一些问 题：(1)碳纳米管使用前需要表面酸化或者酯化处理，过程复杂且对环境不友好；(2)为了实 现碳纳米管的均匀分散需要加入价格昂贵的分散剂(TNWDIS或SDS等)；(3)碳纳米管分散不 够均匀，而且制备过程中还会加入掺杂元素化合物、络合剂等物质，在电极材料中引入了过 多的杂质，造成钛酸锂复合材料的最终使用性能不佳，不能满足使用的要求；(4)网状结构 存在钛酸锂颗粒之间的碳纳米管分布杂乱无章，不可能显著增加与活性物质的缠绕程度使 之均匀分散形成有效的导电网，无法起到良好的连接架桥作用，进而显著提高材料的倍率 充放电性能。

最近的研究发现，CNTs中引入N原子(氮掺杂碳纳米管，NCNTs)可以显著调变材料 的表面电子环境和表面活性，具体表现在：1)增加材料的电导率、表面浸润性及机械强度； 2)与活性组分复合时NCNTs不需要表面预处理；3)NCNTs本征是碱性的；4)N在NCNTs中主要 以石墨氮和吡啶氮存在，石墨氮有利于增加材料的导电性，吡啶氮影响着NCNTs与活性组分 复合时作用力；5)通过优化N的分布及含量，NCNTs复合材料无论是在电催化(甲醇氧化、氧 还原)还是在多相催化(费托合成)均显著优于CNTs复合材料的性能（ACSCatal.2014,4： 613；CN201310348119.3）。本发明拟利用NCNTs解决碳纳米管在钛酸锂改性过程中存在的 上述问题。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种制备工艺简单、条件温和、环境友好、成 本低廉、易于实现规模化生产的基于碳氮导电层修饰钛酸锂材料的改性方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于碳氮导电层修饰钛酸锂材料的改性方法，以碳氮导电层前驱体为原料，包括 如下步骤：

（1）将碳氮导电层前驱体和钛酸锂负极材料分别超声分散在低级醇中；

（2）将超声分散后的碳氮导电层前驱体添加到超声分散后的钛酸锂负极材料中，混合 料经搅拌、超声若干次后，置于烘箱中烘干；

（3）烘干后的混合老在惰性气氛下退火处理即得碳氮导电层修饰钛酸锂材料。

本发明的更优技术方案为：

所述导电层前驱体为单一碳氮纳米管或碳氮纳米管与石墨烯的混合物。

步骤（1）中，所述低级醇为甲醇、乙醇、丙醇或者其混合溶液，低级醇的体积浓度为 0-50%。

步骤（2）中，混合料中，碳氮导电层前驱体的重量占碳氮导电层前驱体和钛酸锂总 重量的0.01-5%。

步骤（3）中，惰性气氛为氮气或氩气；退火处理的温度为100-300℃，退火处理时间 为0.1-3h。