一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用技术

本发明专利技术属于电化学电源领域，尤其涉及一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用。本发明专利技术提供了一种组合物，包括：锂源、钛源、铝源以及氮源；其中，所述锂源和钛源中，Li和Ti的摩尔比为(0.56～0.86)：1。本发明专利技术还提供了一种上述组合物的制备方法，本发明专利技术还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在电极材料领域的应用。本发明专利技术中，单氮取代钛酸锂中的氧，可提高材料的电子电导及提高电子的传输速率，制备方法简单便捷；进一步进实验测定表明本发明专利技术提供的技术方案制得的产品，大倍率性能良好，安全性能良好，比容量得到有效提升；用于解决现有技术中，钛酸锂电池存在着倍率性能提升困难以及循环过程中会持续产气影响电池性能的技术缺陷。能的技术缺陷。能的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用


[0001]本专利技术属于电化学电源领域，尤其涉及一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用。

技术介绍

[0002]钛酸锂电池具有体积小、重量轻、能量密度高、密封性能好、无泄露、无记忆效应、自放电率低、充放电迅速、循环寿命超长、工作环境温度范围宽以及安全稳定绿色环保等有点，在通信电源领域具有非常广泛的应用前景。钛酸锂作为负极材料时，其电位平台比传统石墨负极材料高出1V还多，电池更加安全。在电池快速充电时，对负极电压需求比较低，当电压过低，锂电池就容易析出活泼金属锂，这种锂离子不仅导电，还能跟电解液起反应，然后释放热量，产生可燃气体，引发火灾；而钛酸锂因为高出来的1V电压避免了负极电压为0的情况，也就间接避免了锂离子的析出，从而保证了电池的安全性。钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强，充电倍率高。基于钛酸锂电池的这些技术特点，业内人士认为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。
[0003]然而，钛酸锂材料本身的较低的电子电导率和锂离子扩散系数，极大地限制了在大倍率充放下的应用。现有技术中，将Li4Ti5O
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的颗粒尺寸纳米化以后，可扩大有效反应面积和减小扩散距离，从而显著的提升材料的倍率性能。但是，材料颗粒纳米化的过程往往比较困难，需要较高的成本，目前难以实现大规模的工业生产。另外，钛酸锂电池在循环使用中会发生持续产气，导致电池包鼓胀，高温时尤其严重，影响正负极的接触，增加电池阻抗，影响电池性能的发挥。这也是限制负极材料钛酸锂广泛应用到电池中的主要障碍之一。
[0004]因此，研发出一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用，用于解决现有技术中，钛酸锂电池存在着倍率性能提升困难以及循环过程中会持续产气影响电池性能的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用，用于解决现有技术中，钛酸锂电池存在着倍率性能提升困难以及循环过程中会持续产气影响电池性能的技术缺陷。
[0006]本专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：锂源、钛源、铝源以及氮源；
[0007]其中，所述锂源和钛源中，Li和Ti的摩尔比为(0.56～0.86)：1。
[0008]优选地，所述锂源和/或所述钛源中含有碳源、三聚氰胺以及氧化铝中的任意一种或多种。
[0009]优选地，所述锂源选自：氢氧化锂、醋酸锂以及硝酸锂中的任意一种或多种。
[0010]优选地，所述钛源选自：钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯以及四氯化钛中的任意一种或多种。
[0011]优选地，所述铝源为：氧化铝和/或硝酸铝。
[0012]优选地，所述氮源选自：三聚氰胺、叠氮化铵以及尿素中的任意一种或多种。
[0013]本专利技术还提供了一种包括以上任意一项所述组合物的制备方法，所述制备方法为：
[0014]步骤一、锂源和钛源分别溶解，锂源溶液与铝源和/或氮源混合后再与钛源溶液溶解，加热搅拌后烘干溶于去离子水中形成悬浮液，将悬浮液喷雾干燥，得第一产物；
[0015]步骤二、所述第一产物在还原性气氛中煅烧后，冷却研磨，得第二产物；
[0016]步骤三、所述第二产物在含氮气氛中保温或将所述第二产物与氮源按一定比例混合均匀后再在含氮气氛中保温，得产品。
[0017]优选地，步骤一中，所述第一次加热搅拌的温度为40～100℃，所述第一次较热搅拌的时间为4～10h；
[0018]步骤一中，所述烘干的温度为80～120℃，所述干燥的方法为喷雾干燥，所述喷雾干燥的温度为100-300℃。
[0019]优选地，步骤二中，所述煅烧的温度为400～900℃，所述煅烧的时间为4～18h；
[0020]所述还原性气氛选自：氩气、氮气以及氢气中的任意一种或多种。
[0021]优选地，步骤三中，所述保温的温度为500～1000℃，所述保温的时间为0.5～2h；
[0022]所述含氮气氛为氨气气氛。
[0023]本专利技术还提供了一种包括以上任意一项所述的组合物或以上任意一项所述的制备方法得到的产品在电极材料领域的应用。
[0024]从上述
技术实现思路
可以得出，本专利技术提供的技术方案，具有以下优点：
[0025]1、氮化后，氮离子取代了钛酸锂中的氧离子，改善电极材料的电子导电网络，提高材料中的电子传输效率；
[0026]2、氮化氧化铝可有效改善材料的界面电导，使得锂离子传输通道更加通畅，有效提高倍率性能；
[0027]3、制备工艺简便易行，成本低廉，可实现大规模的工业生产；
[0028]4、钛酸锂材料当中含有部分碳源，被氮化之后形成氮化碳，提高了电极材料的电子传导率；
[0029]5、钛酸锂材料当中含有部分三聚氰胺，被氮化后，氮离子取代了钛酸锂中的氧离子，改善了材料颗粒之间的晶界电导，提高了电极材料的锂离子传导率；
[0030]6、钛酸锂材料当中含有部分氧化铝，被氮化之后形成氮化氧化铝，改善了材料颗粒之间的晶界电导，提高了电极材料的锂离子传导率；
[0031]7、钛酸锂材料自身被部分氮化，形成Ti-N-O的具有表面高电子电导的交联结构。
[0032]综上所述，本专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：锂源、钛源、铝源以及氮源；其中，所述锂源和钛源中，Li和Ti的摩尔比为0.56～0.86。本专利技术还提供了一种上述组合物的制备方法，本专利技术还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在电极材料领域的应用。本专利技术提供的技术方案中，单氮取代钛酸锂中的氧，可提高材料的电子电导及提高电子的传输速率，制备方法简单便捷；进一步进实验测定表明。本专利技术提供的技术方案制得的产品，大倍率性能良好，安全性能良好，比容量得到有效提升。本专利技术提供了一种组合物、制备方法及其在电极材料领域的应用，用于解决现有技术中，钛酸锂电池存在着倍率性能提升困难以及循环过程中会持续产气影响电池性能的技术缺陷。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0034]图1为实施例4制得的碳氮铝共掺杂复合电极材料的XRD图；
[0035]图2为实施例4得到的碳氮铝共掺杂复合电极材料0.1C时首次充放电曲线图；
[0036]图3为实施例2、3、4得到的碳氮铝共掺杂复合电极材料0.1C时首次充放电曲线对比图；
[0037]图4为实施例4得到的碳氮铝共掺杂复合电极材料50C时的循环性能图；
[0038]图5为实施例4在700℃退火得到的碳氮铝共掺杂复合电极材料50C时的循环效率图。
具体实施方式
[0039]本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：锂源、钛源、铝源以及氮源；其中，所述锂源和钛源中，Li和Ti的摩尔比为(0.56～0.86)：1。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述锂源和/或所述钛源中含有碳源、三聚氰胺以及氧化铝中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述锂源选自：氢氧化锂、醋酸锂以及硝酸锂中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述钛源选自：钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯以及四氯化钛中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述铝源为：氧化铝和/或硝酸铝。6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述氮源选自：三聚氰胺、叠氮化铵以及尿素中的任意一种或多种。7.一种包括权利要求1至6任意一项所述组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：步骤一、锂源和钛源分别溶解，锂源溶液与铝源和/或氮源混合后再与钛源溶液溶解，加热搅拌后烘干溶于去离子水中形成悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，俞兆喆，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司海洋王东莞照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：