[发明专利]一种改性铌钛氧化物及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种改性铌钛氧化物及其制备方法和用途，所述改性铌钛氧化物包含C和Ti_1‑zNb_x‑yAl_zZr_yO₇，其中C包覆在Ti_1‑zNb_x‑yAl_zZr_yO₇颗粒的表面形成C层，且所述改性铌钛氧化物为多孔结构；其中C层包覆的多孔结构使得所述改性铌钛氧化物作为负极材料得到的负极与电解质之间的界面阻抗明显降低，同时，C层的存在限制了负极活性粒子的团聚生长，从而缩短锂离子扩散距离，提升其电化学性能；Al和Zr元素的掺杂，其与铌钛氧化物形成固溶体，进而改善其循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种改性铌钛氧化物及其制备方法和用途。

背景技术

钛酸锂作为“零应变”材料，其相对于石墨负极具有较高的脱嵌锂电位(1.55V(vs.Li/Li⁺))，避免了石墨负极中因为电位低导致形成SEI膜和锂枝晶造成的安全问题。但是钛酸锂较低的容量(理论容量为175mAh/g)导致全电池的能量密度低限制了其应用，铌钛氧化物与钛酸锂具有相近1-2V的脱嵌锂电位，并且具有较高的比容量(TiNb₂O₇理论容量为387mAh/g)，因此全电池具有更高的能量密度。然而铌钛氧化物较低的离子电导率和电子电导率限制了其电化学性能的提高。

CN110416492A公开了一种负极极片及电化学电池，所述负极极片包括层叠设置的负极集流体、负极材料层和铌钛氧化物层，所述负极材料层设置在所述负极集流体和所述铌钛氧化物层之间，所述铌钛氧化物层中具有铌钛氧化物，所述铌钛氧化物在所述铌钛氧化物层中的质量百分数为70％至90％；CN110400923A公开了一种电池负极材料，包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和铌钛氧化物，所述负极活性材料为石墨和/或类石墨结构的碳，所述铌钛氧化物在所述电池负极材料中的质量百分数为1％至10％。上述负极中均包含铌钛氧化物，但电子在铌钛氧化物晶体表面及内部扩散困难，锂离子脱嵌受到影响，使得铌钛氧化物存在电子电导率及离子电导率低的问题，进而使得电池的电化学性能不足。

因此，开发一种改性铌钛氧化物进而降低其作为负极材料与电解质之间的界面阻抗，改善电池的循环性能和倍率性能仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性铌钛氧化物及其制备方法和用途，所述改性铌钛氧化物包含C和Ti_1-zNb_x-yAl_zZr_yO₇，其中C包覆在Ti_1-zNb_x-yAl_zZr_yO₇颗粒的表面形成C层，且所述改性铌钛氧化物为多孔结构；其中C层的包覆的多孔结构使得所述改性铌钛氧化物作为负极材料得到的负极与电解质之间的界面阻抗明显降低，同时，C层的存在限制了负极活性粒子的团聚生长，从而缩短锂离子扩散距离，提升其电化学性能；Al和Zr元素的掺杂，其与铌钛氧化物形成固溶体，进而改善其循环性能和倍率性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：