技术领域
[0001] 本发明属于电池原材料技术领域，具体涉及一种铌钛氧材料的制备方法。
相关背景技术
[0002] 锂离子电池具有能量密度高、高作电压高、安全性能高、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，已在便携式电子产品、电动汽车、储能电站等领域广泛应用，是当前可充电电池的主流发展方向。
[0003] 锂离子电池的主要构成材料包括正负极材料、电解液和隔膜材料等。负极材料作为关键材料，它的选择直接决定了电池性能的高低。
[0004] 铌钛氧材料在Li+嵌入/脱出过程中具有优异的结构稳定性，拥有优异的循环稳定5+ 4+ 4+ 3+ 4+ 3+
性；在进行电化学反应时存在3对氧化还原对(Nb /Nb ，Nb /Nb ，Ti /Ti )，理论比容量‑1 +
为388mAh g ，具有高的能量密度；且其具有相对较高的工作电势(～1.6V vs Li /Li)，可避免锂枝晶的生成，使电池具有好的安全性，这些优势使铌钛氧材料有望成为下一代锂离子电池的负极材料。
[0005] 尽管如此，铌钛氧材料用于锂离子电池负极材料时，也具有一些缺点。比如：其能带间隙较宽，电子导电性和离子导电性较差。因此对铌钛氧材料进行改性，提高材料电化学动力学特性，改善电子电导性和离子电导性，成为重要的研究方向。目前对铌钛氧材料的改性主要有：形貌控制、表面修饰和本体元素掺杂。形貌控制主要是降低颗粒粒径，缩短锂离子脱嵌路径。表面修饰主要是碳包覆，碳包覆层不仅可以增加铌钛氧材料的电子电导率，而且可以减少铌钛氧团聚并形成氧空位，从而进一步提高铌钛氧材料的离子电导率，但是碳包覆层的存在高温下造成Nb的价态发生变化，导致铌钛氧结构不稳定，不利于电池的长循环。本体元素掺杂是部分取代Ti或Nb，增加铌钛氧结构中缺陷浓度，进而提高本征离子电导率。
[0006] 本发明将形貌控制和本体元素掺杂相结合，利用铌源热分解搭建铌钛氧材料多孔纳米结构骨架，利用第一掺杂元素降低铌钛氧材料热处理温度，第一掺杂元素和第二掺杂元素协同作用增加铌钛氧材料结构中缺陷浓度，提高材料本征离子电导率。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0041] 实施例1
[0042] 本发明实施例1所提供的一种铌钛氧材料，具体步骤如下：
[0043] 步骤一、原料混合物的制备
[0044] 将草酸铌、二氧化钛、乙酸锂和二氧化锆按摩尔比2.2:1:0.02:0.02混合均匀，得到原料混合物；
[0045] 其中，二氧化钛粒径为20nm，二氧化锆粒径为20nm；
[0046] 步骤二、前驱体的制备
[0047] 将制备的原料混合物放入烧结炉内，在空气气氛下于600℃，热处理3h，即得到前驱体；
[0048] 步骤三、铌钛氧材料制备
[0049] 将制备的前驱体放入烧结炉内，在空气气氛下于1100℃，热处理10h，即得到铌钛氧材料；
[0050] 制得铌钛氧材料粒径均匀，颗粒粒径约为1μm，如图1和图2所示。
[0051] 采用草酸铌或草酸铌铵作为铌源，其高温热分解构建出铌钛氧材料多孔纳米结构骨架，有效降低铌钛氧材料的颗粒粒径；利用低熔点锂、钠或钾作为第一掺杂元素，可以降低铌钛氧材料热处理温度，避免高温下材料晶体长大，降低铌钛氧材料粒径。
[0052] 实施例2
[0053] 本发明实施例2所提供的一种铌钛氧材料，具体步骤如下：
[0054] 步骤一、原料混合物的制备
[0055] 将草酸铌铵、二氧化钛、乙酸钠和氧化钒按摩尔比2.1:1:0.03:0.03混合均匀，得到原料混合物；
[0056] 其中，二氧化钛粒径为10nm，氧化钒粒径为50nm；
[0057] 步骤二、前驱体的制备
[0058] 将制备的原料混合物放入烧结炉内，在空气气氛下于650℃，热处理2h，即得到前驱体；
[0059] 步骤三、铌钛氧材料制备
[0060] 将制备的前驱体放入烧结炉内，在空气气氛下于1200℃，热处理5h，即得到铌钛氧材料。
[0061] 测试例
[0062] 将本发明实施例1所制得的铌钛氧负极材料制成极片，以Celgard2400聚丙烯微孔膜为隔膜，以金属锂片为对极片，加入宽温域电解质，在氩气气氛的手套箱内组装成型号为CR2025的纽扣电池。将装配的纽扣电放入低温箱在‑40℃下进行0.2C恒流充放电测试，充放电曲线如图3所示，‑40℃下放电容量达到288mAh/g，充电容量为275mAh/g，展示出优异的低温充放电性能。将装配的纽扣电池在室温下，进行10C充放电循环，循环曲线如图4所示，10C下300次循环容量保持率接近100％，展示出优异的大电流充放电性能，特别适用于大电流快速充放电电池领域。
[0063] 所述宽温域电解质制备方法如下：聚乙二醇二甲基丙烯酸酯4g、电解液100g、纳米锂镧锆氧粉8g在60℃下静置6h；其中电解液组份为1.2mol/L六氟磷酸锂+0.2mol/L四氟硼酸锂+0.2mol/L双氟磺酰亚胺锂，溶剂：20ml环丁砜，20ml二乙基砜，30ml碳酸二乙酯，20ml丙酸乙酯，10ml氟代碳酸乙烯酯。
[0064] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
