一种铌酸钛材料、其制备方法及电池与流程

本申请涉及电池，尤其涉及一种铌酸钛材料、其制备方法及电池。

背景技术：

1、由于锂离子电池(lib)具有高能量密度和长循环寿命等性能，是便携式电子设备、电动汽车最可靠的电源。石墨因其成本低廉、比容量较高(372ma h g-1)而成为商用二次锂离子电池常用负极材料。然而，由于石墨的低工作电压(0.1v vs li+/li)，活性锂会被永久消耗，并且在石墨表面生成锂枝晶和电解质界面膜(sei)会引发安全问题。因此，需寻求新的负极材料来满足这一需求。在负极插层材料中，钛酸锂尖晶石是一种“零应力”材料，具有高工作电压(1.55v vs li+/li)。这些优点使钛酸锂被认为是一种很有前途的锂离子电池负极材料，具有长循环稳定性和高安全性。然而，钛酸锂的理论比容量较低(仅为175mah g-1)，导电性较差，阻碍了其大规模实际应用。

2、近年来，铌基氧化物作为锂离子电池的高容量阳极材料备受关注，有望取代钛酸锂。作为典型的插层负极材料，其优异的电化学性能主要归因于铌酸钛的独特结构，nb原子和ti原子的无序排列分别占据nbo6和tio6八面体的中心。同时，nbo6八面体和tio6八面体共享边缘和顶点，并形成开放的隧道型间隙空间，可以容纳锂离子的传输。由于铌酸钛的结构，锂离子的嵌入和脱出相对容易，因此具备优异的速率性能。铌酸钛不仅具有常规锂钛材料在循环稳定性和长寿命方面的优势，而且还具有ti3+/ti4+、nb4+/nb5+和nb3+/nb4+的多个氧化还原对。具有更高的理论比容量(387.6mah g-1，远高于钛酸锂，甚至高于石墨负极)，工作电位与钛酸锂相近(1.6v vs li+/li)，可有效防止锂枝晶的产生和电解液的还原分解。与传统电池相比，安全性能大大提高。然而，铌酸钛也存在部分问题，该材料的电子和离子电导率较低，因此，亟需发明一种可以同时提升材料的电子和离子电导率的方法。

技术实现思路

1、本发明公开了一种铌酸钛材料、其制备方法及电池，以解决现有铌酸钛材料电子和离子电导率均较低的问题。

2、为了实现上述目的，本说明书实施例采用下述技术方案：

3、第一方面，提供一种铌酸钛材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将铌源、钛源在第一溶剂中分散，得到第一悬浮液；

5、将含氟离子、过渡金属离子的化合物或含氟离子化合物、含过渡金属离子化合物在第二溶剂中分散，得到第二悬浮液；

6、将所述第一悬浮液、所述第二悬浮液混合、煅烧，得到铌酸钛材料。

7、可选地，在所述将铌源、钛源在第一溶剂中分散的步骤中，所述铌源、所述钛源的摩尔比为1.9-2.15：1。

8、可选地，所述氟离子的来源为氟化铵、氟化氢铵、氟化铁、氟化锌中的一种或多种的组合。

9、可选地，所述过渡金属离子为离子半径大于钛离子半径的金属离子。

10、可选地，所述过渡金属离子为锌、铜、锆、钕中的一种或多种的组合。

11、可选地，在所述将含氟离子、过渡金属离子的化合物或含氟离子化合物、含过渡金属离子化合物在第二溶剂中分散的步骤中，所述氟离子、所述过渡金属离子的摩尔比为1-2：1。

12、可选地，所述第一溶剂和所述第二溶剂分别为n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、乙醇、水中的一种或多种的组合；和/或

13、所述含过渡金属离子化合物为硝酸锌、氧化铜、氧化锆、氧化钕、氟化铁、氟化锌中的一种或多种的组合；和/或

14、所述铌源为五氧化二铌、氯化铌、五乙氧基铌、草酸铌中的一种或多种的组合；和/或

15、所述钛源为二氧化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛中的一种或几种中的一种或多种的组合。

16、可选地，在所述将铌源、钛源在第一溶剂中分散的步骤中，所述分散的持续时间为1-4h；和/或，

17、在所述将含氟离子、过渡金属离子的化合物或含氟离子化合物、含过渡金属离子化合物在第二溶剂中分散的步骤中，所述分散的持续时间为1-4h。

18、可选地，在所述将第一悬浮液、第二悬浮液混合、煅烧的步骤中，所述第一悬浮液、第二悬浮液混合的持续时间为2-6h；和/或，

19、所述煅烧的温度为800-1600℃；和/或，

20、所述煅烧的持续时间为6-48h。

21、第二方面，提供一种铌酸钛材料，由第一方面中任一项所述的制备方法制得。

22、第三方面，提供一种电池，所述电池包括由第一方面中任一项所述的制备方法制得的铌酸钛材料形成的负极材料或第二方面中所述的铌酸钛材料形成的负极材料。

23、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

24、根据本发明的铌酸钛材料的制备方法，使用氟、过渡金属离子协同掺杂改性铌酸钛材料，氟离子掺杂到氧位点，能提升电导性；半径较大的过渡金属离子的掺杂增加了晶胞体积，提升了锂离子扩散速率。氟、过渡金属离子掺杂的协同作用使铌酸钛材料电子、离子导电性同步提升，使铌酸钛材料展现优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种铌酸钛材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将铌源、钛源在第一溶剂中分散的步骤中，所述铌源、所述钛源的摩尔比为1.9-2.15：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氟离子的来源为氟化铵、氟化氢铵、氟化铁、氟化锌中的一种或多种的组合；和/或，

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属离子为锌、铜、锆、钕中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将含氟离子、过渡金属离子的化合物或含氟离子化合物、含过渡金属离子化合物在第二溶剂中分散的步骤中，所述氟离子、所述过渡金属离子的摩尔比为1-2：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂分别为n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、乙醇、水中的一种或多种的组合；和/或

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将铌源、钛源在第一溶剂中分散的步骤中，所述分散的持续时间为1-4h；和/或，

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将第一悬浮液、第二悬浮液混合、煅烧的步骤中，所述第一悬浮液、第二悬浮液混合的持续时间为2-6h；和/或，

9.一种铌酸钛材料，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的铌酸钛材料形成的负极材料或权利要求9中所述的铌酸钛材料形成的负极材料。

技术总结本申请公开了一种铌酸钛材料、其制备方法及电池，包括以下步骤：将铌源、钛源在溶剂中分散，得到第一悬浮液；将含氟离子、过渡金属离子的化合物或含氟离子化合物、含过渡金属离子化合物在溶剂中分散，得到第二悬浮液；将第一悬浮液、第二悬浮液混合煅烧，得到铌酸钛材料，再用铌酸钛材料制得电池。本发明使用氟、过渡金属离子协同掺杂改性铌酸钛材料，氟离子掺杂到氧位点，能提升电导性；半径较大的过渡金属离子的掺杂增加了晶胞体积，提升了锂离子扩散速率。氟、过渡金属离子掺杂的协同作用使铌酸钛材料电子、离子导电性同步提升，且不牺牲压实密度、能量密度，使铌酸钛材料展现优异的电化学性能。技术研发人员：王猛,王碧琼,王旭,刘国锋,陈东旭,高健受保护的技术使用者：铁塔能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11