CN110323433B - 一种钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

一种钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法，涉及电池技术领域。该钛酸锂复合材料的制备方法包括：将钛酸溶液加入到钒酸锂盐溶液中，制备钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；将钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体依次经过陈化、干燥、研磨以及热处理后得到制备掺杂钒粒子的钛酸锂复合物。该方法采用溶胶‑凝胶法制备具有掺杂钒粒子的钛酸锂前驱体，经过陈化、干燥、研磨、热处理获得复合钛酸锂材料，操作简单易行。制备得到的复合钛酸锂材料具有多孔结构，且用该复合钛酸锂材料制备的锂离子电池在0.2C倍率下的放电容量为240mAh/g，循环140次后容量仍有202mAh/g，大大提高了纯相钛酸锂材料的比容量。

Description

一种钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池及其制备 方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池及其制备方法。
背景技术
钛酸锂作为锂离子电池的负极材料被广泛应用于新能源电池行业。由于钛酸锂具有稳定的晶体结构，在脱离与嵌锂的过程中其结构基本不发生变化，被称为“零应变材料"，所以以钛酸锂为负极材料生产的电池具有其他材料无法比拟的安全性能、循环性能，以及倍率性能。
然而钛酸锂材料的理论容量低(理论容量为175mAh/g，石墨的理论容量为360mAh/g，硅碳复合材料的理论容量达4200mAh/g)，导电性能差，不能满足新能源行业对高能量密度的要求，导致其在电池行业的实际应用生产过程中受到一定的局限性。基于钛酸锂的这些缺点，专利CN103682296 B通过溶胶-凝胶法，优化其制备工艺参数，制备出了具有高比容量的纳米级钛酸锂材料。专利CN 102820459 A采用模板沉淀法与热处理相结合制备出具有纳米介孔的TiO2粒子，再通过纳米介孔的TiO2粒子与锂源、粘结剂球磨煅烧制备出具有高比能的介孔钛酸锂，该介孔钛酸锂具有良好的稳定性和较高的振实密度。专利CN 104518210B通过改性添加剂的方法一次性制备出了既掺杂锆原子又进行了碳包覆的钛酸锂复合材料，易于实现工业化生产。
然而上述方法制备的钛酸锂或钛酸锂复合材料比容量较低，不能满足实际工业化生产对高能量密度的需求。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供钛酸锂复合材料的制备方法，该制备方法采用溶胶-凝胶法制备具有掺杂钒粒子的钛酸锂前驱体，并经过陈化、干燥、研磨、热处理获得一种掺杂钒粒子的复合钛酸锂材料，操作方法简单易行，效率高。该方法制备得到的复合钛酸锂材料具有多孔结构，用该复合钛酸锂材料制备的锂离子电池在0.2C倍率下的放电容量为240mAh/g，循环140次后容量仍有202mAh/g，有效地提高了纯相钛酸锂材料的比容量。
本发明的目的之二在于提供一种钛酸锂复合材料，其通过上述的钛酸锂复合材料的制备方法制备得到。因此，该钛酸锂复合材料的比容量高，性能好。
本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池的制备方法，该方法利用上述的钛酸锂复合材料进行制备，其可简单便捷地制备得到电化学性能优异的锂离子电池。
本发明的目的之四在于提供一种锂离子电池，通过上述的锂离子电池的制备方法制备得到。因此，该锂离子电池的电化学性能优异。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
将钛酸溶液加入到钒酸锂盐溶液中，制备钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；将钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体依次经过陈化、干燥、研磨以及热处理后得到制备掺杂钒粒子的钛酸锂复合物。
具体地，在本发明的实施例提供，通过采用溶胶-凝胶法制备具有掺杂钒粒子的钛酸锂前驱体，并经过陈化、干燥、研磨、热处理获得一种掺杂钒粒子的复合钛酸锂材料，操作方法简单易行，效率高。同时，通过该方法制备得到的复合钛酸锂材料具有多孔结构，具有较高的比容量。
在可选的实施方式中，钒酸锂盐溶液通过将钒酸溶液加入到锂盐溶液中制备得到；且锂盐溶液通过将锂源加入到乙醇溶液中，且搅拌直至锂源完全溶解后制备得到。
具体地，通过搅拌的方式可促进锂源溶解于乙醇溶液，提高效率，节约时间成本，且可保证后续作业的有效性。
在可选的实施方式中，锂盐溶液中锂离子与乙醇溶液按(1-4)mol：(15-50)ml的比例配置，且乙醇溶液中无水乙醇与水按比例为1:(0.4-1)的比例配置。按照该比例配置锂盐溶液可为后期制备钒酸锂盐溶液，以及钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体做准备，使之经过后期的作业之后可得到比容量较高的钛酸锂复合材料。
在可选的实施方式中，锂源选自氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、碳酸锂中的任一种，且纯度为99.5％-99.99％。
在可选的实施方式中，钒酸溶液通过以下方法制备得到：
将五氧化二钒加入到酸性溶液并搅拌15min-30min；
进行水浴加热，并伴随搅拌，水浴加热的温度为40-60℃，搅拌时间为2-4h；
其中，五氧化二钒的纯度为99.5％-99.99％，酸性溶液选自草酸、柠檬酸、抗坏血酸中的任一种；且钒酸溶液中钒离子与酸性溶液的摩尔比为(0.5-6)：1。当然，在本发明的其他实施例中，钒离子与酸性溶液的摩尔比还可以根据需求进行调整，本发明的实施例不做限定。
在可选的实施方式中，钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体中锂离子与钛离子的摩尔比为4：(3-3.5)。通过控制钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体中锂离子与钛离子的摩尔比可控制最后生成的钛酸锂复合材料的性能，从而保证钛酸锂复合材料的比容量。当然，在本发明的其他实施例中，锂离子与钛离子的摩尔比还可以根据需求进行调整，本发明的实施例不做限定。
在可选的实施方式中，在将钛酸溶液加入到钒酸锂盐溶液中，制备钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体的步骤中，还包括：
在将钒酸锂盐溶液与钛酸溶液混合后加入聚乙烯吡咯烷酮，且在常温下搅拌0.5-2h；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量为五氧化二钒的质量的3-15wt％。
在可选的实施方式中，钛酸溶液通过以下方法制备得到：
将钛源加入到乙醇溶液中并进行搅拌；
搅拌均匀后加入乙酰丙酮。
其中，钛源与乙酰丙酮按摩尔比为(4-6)：1，且钛源为钛酸丁酯，钛酸四正丁酯中的任一种；
乙醇溶液的体积为15-50ml，且乙醇溶液按无水乙醇与水的比例为1:0.4-1的比例配置得到。
在可选的实施方式中，陈化步骤的陈化时间为8-15h；干燥步骤的干燥温度为60-85℃，干燥时间为20-90min；研磨步骤的研磨时间为1-2h，转速为200-400r/min；热处理步骤是将样品进行真空热处理，其中，真空度为-(0.7-3.0)MPa，热处理的时间为3-8h，热处理温度为500-800℃。
作为优选的方案，在发明的实施例中，热处理过程中可通入Ar或N2保护气氛，且该惰性气体的纯度为99.9％，以此保证热处理作业的高效有序进行。同时，通过热处理作业还可以使得PVP在高温下挥发而形成多孔结构，从而进一步地保证钛酸锂复合材料的电化学性能。
进一步优选地，在本发明的实施例中，热处理过程中加入适量的干燥剂，其中，干燥剂的成分为氧化钙。干燥剂的加热可吸收热处理过程中所产生的水分，保证最后制备得到的钛酸锂复合物的干燥性。
第二方面，本发明实施例提供一种钛酸锂复合材料，钛酸锂复合材料通过前述实施方式中任一项的钛酸锂复合材料的制备方法制备得到。
需要说明的是，在本发明的实施例中，还可以通过制备得到的钛酸锂复合材料制备锂离子电池，其具体可包括以下步骤：
将活性物质、导电剂、粘结剂按照比例(75-90)％：(6-15)％：(4-10)％混合后制成极片。然后将极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。其中，导电剂为碳纳米管与炭黑的混合物，粘结剂为PVDF，其中导电剂为碳纳米管与炭黑的混合比例为(0.8-1.3)：1。电解液的成分为1mol/L LiPF6 -(EC+DMC)，其中EC与DMC的比例为1：1。
本发明具有以下有益效果：
该钛酸锂复合材料的制备方法包括：将钛酸溶液加入到钒酸锂盐溶液中，制备钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；将钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体依次经过陈化、干燥、研磨以及热处理后得到制备掺杂钒粒子的钛酸锂复合物。该方法采用溶胶-凝胶法制备具有掺杂钒粒子的钛酸锂前驱体，经过陈化、干燥、研磨、热处理获得一种掺杂钒粒子的复合钛酸锂材料，操作方法简单易行。通过该方法制备得到的复合钛酸锂材料具有多孔结构，用该复合钛酸锂材料制备的锂离子电池在0.2C倍率下的放电容量为240mAh/g，循环140次后容量仍有202mAh/g，大大提高了纯相钛酸锂材料的比容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；
图2为本发明的实施例1提供的钛酸锂复合材料的XRD图；
图3为本发明的实施例1提供的钛酸锂复合材料的SEM图；
图4为本发明实施例1提供的钛酸锂复合材料装配成电池后，其0.2C的充放电容量循环曲线；
图5为本发明实施例1提供的钛酸锂复合材料装配成电池后，不同倍率下的放电容量值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
图1为本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；请参阅图1，本实施例提供了一种钛酸锂复合材料，其通过以下方法制备得到：
S1：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，称取2.76g硝酸锂溶解于乙醇水溶液中，制备锂溶液；
S2：向5.28g柠檬酸溶液中加入0.91g五氧化二钒，搅拌一段时间后，进行50℃水浴加热2h，制备钒溶液；
S3：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，将3.63g钛酸四正丁酯加入乙醇水溶液中，搅拌一段时间后，加入乙酰丙酮，制备钛酸溶液；
S4：将上述步骤S1和步骤S2制备的锂溶液与钒溶液搅拌混合均匀，制备锂钒酸溶液；
S5：将上述步骤S4制备的锂钒酸溶液加入到上述步骤S3制备的钛酸溶液中，搅拌混合均匀，接着加入9wt％的PVP，搅拌2h，直至充分反应，形成一种钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；
S6：将上述步骤S5制备的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体陈化12h后，放入鼓风干燥箱内干燥60min，干燥温度为70℃，然后进行350r/min的转速研磨90min；
S7：将上述步骤S6研磨后的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体进行真空度为-2.5MPa的真空环境中550℃热处理5h，通入Ar气氛保护，待仪器自然冷却后获得钒掺杂的钛酸锂复合物。
本实施例还提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：将钒掺杂的钛酸锂复合物与导电剂以及粘结剂按质量分数比例为85％、9％、6％放入瓶中，用磁力搅拌器搅拌4小时以上，在集流体上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成极片；
S2：将上述步骤S1制备的极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。
图2为本实施例提供的钛酸锂复合材料的XRD图；图3为本实施例提供的钛酸锂复合材料的SEM图；图4为本实施例提供的钛酸锂复合材料装配成电池后，其0.2C的充放电容量循环曲线；图5为本实施例提供的钛酸锂复合材料装配成电池后，不同倍率下的放电容量值。请参阅图2至图5，从图2中还可以明显的看到该钛酸锂掺杂了钒离子。在图3中可以明显的看到此实施例中制备的钒掺杂的钛酸锂复合物具有不规则的多孔结构。将制备得到的纽扣式锂离子电池进行性能测试，电池在0.2C倍率下的放电容量为240mAh/g，循环140次后容量仍有202mAh/g，大大提高了纯相钛酸锂材料的比容量。
实施例2
图1为本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；请参阅图1，本实施例提供了一种钛酸锂复合材料，其通过以下方法制备得到：
S1：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，称取2.76g硝酸锂溶解于乙醇水溶液中，制备锂溶液；
S2：向5.28g柠檬酸溶液中加入0.91g五氧化二钒，搅拌一段时间后，进行50℃水浴加热2h，制备钒溶液；
S3：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，将3.63g钛酸四正丁酯加入乙醇水溶液中，搅拌一段时间后，加入乙酰丙酮，制备钛酸溶液；
S4：将上述步骤S1和步骤S2制备的锂溶液与钒溶液搅拌混合均匀，制备锂钒酸溶液；
S5：将上述步骤S4制备的锂钒酸溶液加入到上述步骤S3制备的钛酸溶液中，搅拌混合均匀，接着加入9wt％的PVP，搅拌2h，直至充分反应，形成一种钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；
S6：将上述步骤S5制备的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体陈化12h后，放入鼓风干燥箱内干燥60min，干燥温度为70℃，然后进行350r/min的转速研磨90min；
S7：将上述步骤S6研磨后的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体进行真空度为-2.5MPa的真空环境中550℃热处理5h，通入Ar气氛保护，待仪器自然冷却后获得钒掺杂的钛酸锂复合物。
本实施例还提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：将制备的钒掺杂的钛酸锂复合物与导电剂以及粘结剂按质量分数比例为75％、15％、10％放入瓶中，用磁力搅拌器搅拌4小时以上，在集流体上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成极片；
S2：将上述步骤S1制备的极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。
实施例1和实施例2对比可知，活性物质钛酸锂复合物的质量分数百分比对电池电化学性能的影响，可知当降低活性物质钛酸锂复合物的质量分数的百分比时，其理论容量的大小也随之减少。
实施例3
图1为本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；请参阅图1，本实施例提供了一种钛酸锂复合材料，其通过以下方法制备得到：
S1：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，称取2.76g硝酸锂溶解于乙醇水溶液中，制备锂溶液；
S2：向1.76g柠檬酸溶液中加入0.91g五氧化二钒，搅拌一段时间后，进行50℃水浴加热2h，制备钒溶液；
S3：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，将3.63g钛酸四正丁酯加入乙醇水溶液中，搅拌一段时间后，加入乙酰丙酮，制备钛酸溶液；
S4：将上述步骤S1和步骤S2制备的锂溶液与钒溶液搅拌混合均匀，制备锂钒酸溶液；
S5：将上述步骤S4制备的锂钒酸溶液加入到上述步骤S3制备的钛酸溶液中，搅拌混合均匀，接着加入9wt％的PVP，搅拌2h，直至充分反应，形成一种钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；
S6将上述步骤S5制备的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体陈化12h后，放入鼓风干燥箱内干燥60min，干燥温度为70℃，然后进行350r/min的转速研磨90min；
S7将上述步骤S6研磨后的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体进行真空度为-2.5MPa的真空环境中550℃热处理5h，通入Ar气氛保护，待仪器自然冷却后获得钒掺杂的钛酸锂复合物。
本实施例还提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：将制备的钒掺杂的钛酸锂复合物与导电剂以及粘结剂按质量分数比例为85％、9％、6％放入瓶中，用磁力搅拌器搅拌4小时以上，在集流体上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成极片；
S2：将上述步骤S1制备的极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。
实施例3改变了柠檬酸浓度对钒溶液的影响，从而影响钒掺杂的钛酸锂复合物的性能，进而影响电池的电化学性能。实验发现，电池的理论容量略有降低。
实施例4
图1为本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；请参阅图1，本实施例提供了一种钛酸锂复合材料，其通过以下方法制备得到：
S1：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，称取2.76g硝酸锂溶解于乙醇水溶液中，制备锂溶液；
S2：向5.28g柠檬酸溶液中加入0.455g五氧化二钒，搅拌一段时间后，进行50℃水浴加热2h，制备钒溶液；
S3：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，将4.235g钛酸四正丁酯加入乙醇水溶液中，搅拌一段时间后，加入乙酰丙酮，制备钛酸溶液；
S4：将上述步骤S1和步骤S2制备的锂溶液与钒溶液搅拌混合均匀，制备锂钒酸溶液；
S5：将上述步骤S4制备的锂钒酸溶液加入到上述步骤S3制备的钛酸溶液中，搅拌混合均匀，接着加入9wt％的PVP，搅拌2h，直至充分反应，形成一种钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；
S6：将上述步骤S5制备的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体陈化12h后，放入鼓风干燥箱内干燥60min，干燥温度为70℃，然后进行350r/min的转速研磨90min；
S7：将上述步骤S6研磨后的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体进行真空度为-2.5MPa的真空环境中550℃热处理5h，通入Ar气氛保护，待仪器自然冷却后获得钒掺杂的钛酸锂复合物。
本实施例还提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：将制备的钒掺杂的钛酸锂复合物与导电剂以及粘结剂按质量分数比例为85％、9％、6％放入瓶中，用磁力搅拌器搅拌4小时以上，在集流体上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成极片；
S2：将上述步骤S1制备的极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。
实施例4中改变了钒离子与钛酸根离子的摩尔比例，观察钒离子与钛酸根离子的摩尔比例对所制备的钒掺杂的钛酸锂复合物的影响，进而影响电池的性能。实验发现降低了电池的理论容量。
实施例5
图1为本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法的工艺流程图；请参阅图1，本实施例提供了一种钛酸锂复合材料，其通过以下方法制备得到：
S1：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，称取2.76g硝酸锂溶解于乙醇水溶液中，制备锂溶液；
S2：向5.28g柠檬酸溶液中加入0.91g五氧化二钒，搅拌一段时间后，进行50℃水浴加热2h，制备钒溶液；
S3：将10ml去离子水与20ml无水乙醇溶液配制配制成乙醇水溶液，将3.63g钛酸四正丁酯加入乙醇水溶液中，搅拌一段时间后，加入乙酰丙酮，制备钛酸溶液；
S4：将上述步骤S1和步骤S2制备的锂溶液与钒溶液搅拌混合均匀，制备锂钒酸溶液；
S5：将上述步骤S4制备的锂钒酸溶液加入到上述步骤S3制备的钛酸溶液中，搅拌混合均匀，接着加入9wt％的PVP，搅拌2h，直至充分反应，形成一种钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；
S6：将上述步骤S5制备的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体陈化12h后，放入鼓风干燥箱内干燥60min，干燥温度为70℃，然后进行350r/min的转速研磨90min；
S7：将上述步骤S6研磨后的钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体进行真空度为-1.5MPa的真空环境中600℃热处理4h，通入Ar气氛保护，待仪器自然冷却后获得钒掺杂的钛酸锂复合物。
本实施例还提供了一种锂离子电池，其通过以下方法制备得到：
S1：将制备的钒掺杂的钛酸锂复合物与导电剂以及粘结剂按质量分数比例为85％、9％、6％放入瓶中，用磁力搅拌器搅拌4小时以上，在集流体上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成极片；
S2：将上述步骤S1制备的极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成纽扣式锂离子电池。
实施例5改变了热处理的实验条件，降低了真空度，升高了热处理温度，缩短了热处理的时间，实验发现降低了电池的理论比容量。
综上所述，本发明的实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法采用溶胶-凝胶法制备具有掺杂钒粒子的钛酸锂前驱体，并经过陈化、干燥、研磨、热处理获得一种掺杂钒粒子的复合钛酸锂材料，操作方法简单易行，效率高。该方法制备得到的复合钛酸锂材料具有多孔结构，用该复合钛酸锂材料制备的锂离子电池在0.2C倍率下的放电容量为240mAh/g，循环140次后容量仍有202mAh/g，有效地提高了纯相钛酸锂材料的比容量。
本发明的实施例提供的钛酸锂复合材料，其通过上述的钛酸锂复合材料的制备方法制备得到。因此，该钛酸锂复合材料的比容量高，性能好。
本发明的实施例提供的锂离子电池的制备方法，该方法利用上述的钛酸锂复合材料进行制备，其可简单便捷地制备得到电化学性能优异的锂离子电池。
本发明的实施例提供的锂离子电池，通过上述的锂离子电池的制备方法制备得到。因此，该锂离子电池的电化学性能优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将钛酸溶液加入到钒酸锂盐溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮并搅拌制备钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体；其中，所述钒酸锂盐溶液通过将钒酸溶液加入到锂盐溶液中制备得到；
将所述钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体依次经过陈化、干燥、研磨以及热处理后得到制备多孔结构的掺杂钒粒子的钛酸锂复合物；其中，热处理步骤是将样品进行真空热处理，其中，真空度为-(0.7-3.0)MPa，热处理的时间为3-8h，热处理温度为500-800℃，热处理步骤还包括加入干燥剂，且所述干燥剂包括氧化钙。
2.根据权利要求1所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
所述锂盐溶液通过将锂源加入到乙醇溶液中，且搅拌直至所述锂源完全溶解后制备得到。
3.根据权利要求2所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
所述锂盐溶液中锂离子与乙醇溶液按（1-4）mol：（15-50）ml的比例配置，且所述乙醇溶液中无水乙醇与水按比例为1:(0.4-1)的比例配置。
4.根据权利要求2所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
所述锂源选自氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、碳酸锂中的任一种，且纯度为99.5%-99.99%。
5.根据权利要求2所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述钒酸溶液通过以下方法制备得到：
将五氧化二钒加入到酸性溶液并搅拌15min-30min；
进行水浴加热，并伴随搅拌，水浴加热的温度为40-60℃，搅拌时间为2-4h；
其中，所述五氧化二钒的纯度为99.5%-99.99%，所述酸性溶液选自草酸、柠檬酸、抗坏血酸中的任一种；且所述钒酸溶液中钒离子与酸性溶液的摩尔比为（0.5-6）：1。
6.根据权利要求5所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
所述钒掺杂的钛酸锂复合物前驱体中锂离子与钛离子的摩尔比为4：（3-3.5）。
7.根据权利要求6所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
在将所述钒酸锂盐溶液与钛酸溶液混合后加入所述聚乙烯吡咯烷酮的步骤中，搅拌为在常温下搅拌0.5-2h；
其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为所述五氧化二钒的质量的3-15wt%。
8.根据权利要求1所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛酸溶液通过以下方法制备得到：
将钛源加入到乙醇溶液中并进行搅拌；
搅拌均匀后加入乙酰丙酮；
其中，所述钛源与所述乙酰丙酮按摩尔比为（4-6）：1，且所述钛源为钛酸丁酯，钛酸四正丁酯中的任一种；
所述乙醇溶液的体积为15-50ml，且所述乙醇溶液按无水乙醇与水的比例为1:（0.4-1）的比例配置得到。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
陈化步骤的陈化时间为8-15h；干燥步骤的干燥温度为60-85℃，干燥时间为20-90min；研磨步骤的研磨时间为1-2h，转速为200-400r/min。
10.根据权利要求9所述的钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于：
热处理步骤还包括通入Ar或N2保护气氛，且所述保护气氛的纯度为99.9%。
11.一种钛酸锂复合材料，其特征在于，所述钛酸锂复合材料通过权利要求1-10中任一项所述的钛酸锂复合材料的制备方法制备得到。
12.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：
将权利要求11所述的钛酸锂复合材料、导电剂、粘结剂放入瓶中，并用磁力搅拌器搅拌至少4h后在集流体上涂刮成均匀的薄膜，并干燥后制成极片；
将所述极片、锂片、电解液以及隔膜在真空手套箱内制备成锂离子电池。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：
所述钛酸锂复合材料、所述导电剂及所述粘结剂的用量比为（75-90）%：（6-15）%：（4-10）%。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：
所述导电剂包括碳纳米管和炭黑，且所述碳纳米管与所述炭黑的混合比例为（0.8-1.3）：1，所述粘结剂为PVDF。
15.根据权利要求12所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：
所述电解液包括1mol/L的LiPF6 -（EC+DMC），且EC与DMC的比例为1：1。
16.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池通过权利要求12至15中任一项所述的锂离子电池的制备方法制备得到。
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