CN110323436A - 钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池的电极片及其制备方法以及锂离子电池 - Google Patents

钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池的电极片及其制备方法以及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了钛酸锂复合材料的制备方法，包括：将碳源、锂源、钛源和钒源混合分散均匀得到的多元素掺杂混合物在微波下照射得到复合物前驱体；将所述复合物前驱体进行碳化处理。还公开了钛酸锂复合材料，采用上述的制备方法制得。该钛酸锂复合材料具有好的电子和离子的传输能力，且采用该材料制得的锂离子电池具有好的倍率性能和理论容量。还提供了一直电极片，其制备材料包括本发明提供的钛酸锂复合材料。还公开了电极片的制备方法，包括：将钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂混合均匀得到的混合料在集流体上涂成薄膜。还公布了一种锂离子电池，包括上述的电极片。该电极片和该锂离子电池均具有优良的电学性能。

Description

钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池的电极片及其制 备方法以及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池的电极片及其制备方法以及锂离子电池。
背景技术
随着人们对环保和节能的要求，新能源汽车已经逐渐走进了人们的视野，应用于人们出行的交通工具，成为人们生活不可或缺的一部分。然而锂离子电池作为新能源汽车行业的主要动力方向之一，所以发展锂离子电池是目前的必然趋势。
在锂离子电池中，由于钛酸锂具有良好的结构稳定性，以钛酸锂材料作为电池负极制作的锂离子电池具有良好的循环性能和较高的倍率性能，但是钛酸锂具有导电率差，比容量低等缺点，所以通过改进制备方法，优化制备工艺参数，或通过掺杂包覆原子的方法来对钛酸锂进行改性是必不可少的。
钛酸锂的改性方法有很多，像通过优化制备的工艺参数达到细化颗粒的目的，像降低煅烧的温度优化制备方法，或通过掺杂金属原子提高其导电性能和理论比容量，或包覆某种原子对钛酸锂的结构进行修饰，从而达到改进其电化学性能的效果，等等。目前现有技术上大部分采用溶胶-凝胶法、高温固相法或水热法等制备钛酸锂材料。由于溶胶-凝胶法和水热法对杂质难以把控，难以制备出纯相的钛酸锂材料，所以工业上的生产一般采用高温固相法。高温固相法对生产设备要求高，若需要掺杂包覆元素原子则需要多次煅烧，操作复杂。并且现有的各种制备方法制得的钛酸锂材料离子和电子的传输能力也需要进一步提高。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明提供的钛酸锂复合材料的制备方法至少能够解决现有高温固相法需要多次煅烧的问题。
本发明提供的钛酸锂复合材料，该材料理论容量高、倍率性能好，颗粒粒径小。
本发明提供的锂离子电池的电极片的制备方法，能制得理论容量高、倍率性能好的锂离子电池电极片。
本发明提供的锂离子电池的电极片以及锂离子电池，均具有性能好的优点。
本发明提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
将碳源、锂源、钛源和钒源混合分散均匀得到的多元素掺杂混合物在微波下照射得到复合物前驱体；
将所述复合物前驱体进行碳化处理。
本发明提供的钛酸锂复合材料，采用上述的制备方法制得。
本发明提供的电极片，其制备材料包括本发明提供的钛酸锂复合材料。
本发明提供的电极片的制备方法，包括：将钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂混合均匀得到混合料；将混合料在集流体上涂成薄膜，然后干燥。
本发明提供的一种锂离子电池，包括上述的电极片或上述制备方法制得的电极片。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过上述设计得到的钛酸锂复合材料的制备方法，采用高温固相法制备得到既具有碳包覆，又含有元素掺杂的钛酸锂复合材料，该方法能制得纯相的钛酸锂复合材料制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好的倍率性能，且制备方法简单，易于合成，成本低，而将前驱物采用微波照射后再进行碳化处理，使得后续碳化过程只需一次热处理就能够得到纯相的钛酸锂复合材料，操作方法简单，生产成本低，并且微波处理能显著减小制得的产品的颗粒的粒径，提高钛酸锂复合材料的离子和电子的传输能力。进一步地，在各自元素掺杂过程中，先湿磨后研磨，也能够进一步减小制得的颗粒的粒径。
本发明通过上述设计得到的钛酸锂复合材料，由于采用本发明提供的方法制得，因此，其粒径小，具有较高的离子和电子的传输能力，且采用该钛酸锂复合材料制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好的倍率性能。
本发明通过上述设计得到的电极片，由于该电极片的制备材料包括本发明提供的钛酸锂复合材料，因此该电极片具有较高的离子和电子的传输能力，由该电极片制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好倍率性能。
本发明通过上述设计得到的电极片的制备方法，生产成本低，能够制得上述的具有优良性能的电极片。
本发明通过上述设计得到的锂离子电池，由于包括本发明提供的电极片或包括本发明提供的制备方法制得的电极片，因此其具有高的理论容量和良好的倍率性能。
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为实施例1制得的钛酸锂复合材料的SEM图；
图2为实施例1制得锂离子电池在0.2C放电倍率下的循环次数统计图；
图3为实施例1制得的锂离子电池在不同放电倍率下倍率性能统计图。
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。
下面对本发明实施例提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池的电极片及其制备方法以及锂离子电池进行具体说明。
本发明实施例提供的一种钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
S1、将碳源、锂源、钛源和钒源混合分散均匀得到的多元素掺杂混合物在微波下照射得到复合物前驱体。
首先，准备足量的碳源、锂源、钛源和钒源。
在本申请中用到的碳源包括葡萄糖、果糖和蔗糖中至少一种、锂源包括碳酸锂和氢氧化锂中至少一种，钛源包括二氧化，钒源包括五氧化二钒。
备好料后，将碳酸锂、二氧化钛以及葡萄糖混合置于球磨机中，加入球磨机中的锂和钛的摩尔比1:0.4-0.43，碳源与钛源的质量比1.5-3:100。并加入湿磨剂进行湿磨得到初次掺杂混合物。为保证物料混合更充分得到的颗粒的粒度小且均匀，控制球磨机转速为200-400r/min，湿磨时间为1-3.5h。湿磨过程加入的湿磨剂为无水乙醇和丙酮。优选地，湿磨剂用量与碳酸锂的用量之比为1-5ml:1mol。
将初次掺杂混合物与五氧化二钒混合研磨至所含颗粒为亚微米级得到多元素掺杂混合物，钒和锂的摩尔比0.6-1.6:1。
优选地，为了进一步保证制得的复合材料用于制造锂离子电池后具有更好的容量，锂源中所含锂和钛源中所含钛的摩尔比为1:0.41-0.42；碳源与钛源的质量比为2-2.5:100；钒源和中钒与锂源中所含锂的摩尔比为0.8-1.0:1。
将物料先湿磨后研磨，能够保证颗粒混合更均匀，使得研磨得到的颗粒粒度能够达到亚微米级且微观结构更好。而将混合颗粒研磨至亚微米级则能够进一步保证之后碳化得到的复合材料的颗粒足够小，而进一步利于锂离子的扩散，以提高离子和电子的传输能力。
研磨后将多元素掺杂混合物进行干燥，干燥温度为60-85℃，干燥时间为0.5-1.5h，以除去混合物中的湿磨剂。
将干燥后的多元素掺杂混合物置于微波下照射得到复合物前驱体。具体地，微波照射的功率为500-1000W，照射时间为0.5-2h。优选地，微波照射功率为800-900W，最终制得的复合材料的颗粒粒径更小，采用微波照射为各种混合物提供能量，物质会发生电子能机的跃迁，从而使得混合物中的所含物质的结构发生变化，以便经后续碳化处理后得到的复合材料中所含的颗粒粒径更小。而且经过微波处理后进行碳化处理，一次热处理即可完成，不再需要多次煅烧，大大提高了生产效率以及操作难度，降低了生产成本。
S2、将复合物前驱体进行碳化处理。
将复合物前驱体置于管式炉中，在温度为600-900℃、管式炉真空度为 -3.0～-1.0MPa下热解5-12h以使得复合物前驱体中所含碳源完全碳化而形成经碳包覆的掺杂有多种元素的钛酸锂复合材料。优选地，为了避免热解过程复合物前驱体所含的各种物质与空气反应，碳化过程中在惰性气体或氮气的保护气氛下进行。热解过程控制。
优选地，为了进一步地保证制得的复合材料用于制造锂离子电池后具有更好的容量，将复合物前驱体置于700-800℃下热解6-8h，碳化过程体系真空度为-2.0～-1.5MPa。
本发明实施例提供的一种钛酸锂复合材料，其采用本发明实施例提供的制备方法制得。
本发明实施例提供的种锂离子电池的电极片，制备该电极片的材料包括本发明实施例提供的钛酸锂复合材料。
本发明实施例提供的锂离子电池的电极片的制备方法，包括：
D1、将本发明实施例提供的钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂混合均匀得到混合料。
具体地，在本申请中，导电剂选用少层石磨稀浆料。粘结剂选用粘结剂为由PVDF与NMP组成的浆液，所述PVDF所占质量比为6-8％。
按钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂占制备电极片的材料的质量百分比分别为：75-90％、6-15％以及4-10％，将钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂置于磁力搅拌装置中，在转速为2000-4000r/min的条件下磁力搅拌至少4h以保证三者混合均匀得到混合料。
优选地，为了提高采用制得的负极片制成的锂离子电池的理论容量，钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂占制备电极片的材料的质量百分比分别为：85-87％、7-9％、6-7％。导电剂为少层石墨烯浆料；更优选地，所述少层石墨烯浆料中少层石墨烯的质量百分含量为10-20％；更优选地，所述少层石墨烯浆料中的溶剂为3-甲氧基丙酸甲酯。
D2、将混合料在集流体上涂成薄膜，然后干燥。
将混合制得的混合料在集流体上涂刮成一层均匀的薄膜，然后干燥即得电极片。在本申请的各实施例中，集流体为铜箔。
本发明实施例提供的锂离子电池，其结构包括本发明实施例提供的电极片。
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
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取1mol碳酸锂0.84mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比2.5： 100的葡萄糖，随后加入2ml丙酮作为湿磨剂进行球磨，以350r/min的转速球磨2h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.5mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨1小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以60℃干燥1h，随后在功率为700W的微波下照射1h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理8h，温度设置为800℃，真空度为-2.0MPa，并且通入N2保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为85％、9％、 6％放入瓶中，在转速为4000r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌4小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为15％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为6％。
将上述步骤制备的电极片(正极)、锂片(负极)、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。
此实施例中制备的钛酸锂复合物颗粒大小为120-200nm之间，附图2 为该钛酸锂复合物的SEM图。该钛酸锂复合物0.2C放电容量为218mAh/g，循环130周后仍有196mAh/g，大大提高了纯相钛酸锂复合物的理论容量，如附图3。附图3为该钛酸锂复合物不同倍率下的放电容量大小。
实施例2
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取1mol碳酸锂0.82mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比为 2：100的葡萄糖，随后加入4ml丙酮作为湿磨剂进行球磨，以200r/min的转速球磨3.5h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.4mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨2小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备的多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以85℃干燥 0.5h，随后在功率为500W的微波下照射2h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理6h，温度设置为700℃，真空度为-1.5MPa，并且通入氩气保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为87％、7％、 6％放入瓶中，在转速为2000r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为20％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为8％。
将上述步骤制备的(正极)、锂片(负极)、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
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取1mol碳酸锂0.83mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比为 2.3：100的葡萄糖，随后加入3ml丙酮作为湿磨剂进行球磨，以200r/min 的转速球磨3.5h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.45mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨2小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备的多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以85℃干燥0.5h，随后在功率为500W的微波下照射2h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理7h，温度设置为750℃，真空度为-1.8MPa，并且通入氩气保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为85％、8％、 7％放入瓶中，在转速为3000r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为10％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为7％。
将上述步骤制备的(正极)、锂片(负极)、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
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取1mol碳酸锂0.8mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比为 1.5：100的葡萄糖，随后加入1ml无水乙醇作为湿磨剂进行球磨，以200r/min 的转速球磨3.5h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.3mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨2小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备的多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以85℃干燥 0.5h，随后在功率为500W的微波下照射2h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理12h，温度设置为600℃，真空度为-1.0MPa，并且通入氩气保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为75％、15％、 10％放入瓶中，在转速为2500r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为15％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为6％。
将上述步骤制备的(正极)、锂片(负极)、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
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取1mol碳酸锂0.6mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比为3： 100的蔗糖，随后加入2ml无水乙醇作为湿磨剂进行球磨，以400r/min的转速球磨1h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.8mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨1.5小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备的多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以60℃干燥 1.5h，随后在功率为1000W的微波下照射0.5h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理5h，温度设置为900℃，真空度为-3.0MPa，并且通入氩气保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为90％、6％、 4％放入瓶中，在转速为3500r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为15％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为6％。
将上述步骤制备的(正极)、锂片(负极)、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6
本实施例提供的钛酸锂复合材料的制备方法，包括：
称取2mol氢氧化锂0.6mol二氧化钛，混合后加入与二氧化钛质量比为2：100的果糖，随后加入3ml无水乙醇作为湿磨剂进行球磨，以250r/min 的转速球磨3h，初次掺杂混合物；
往上述步骤制得的初次掺杂混合物中加入0.6mol的五氧化二钒，放入研钵中研磨2小时制备得到亚微米级的多元素掺杂混合物；
将上述步骤中制备的多元素掺杂混合物放入鼓风干燥箱内以60℃干燥 1.5h，随后在功率为800W的微波下照射0.5h，细化颗粒，制备钛酸锂复合物前驱体；
将上述步骤制备的钛酸锂复合物前驱体放入管式炉中热处理10h，温度设置为700℃，真空度为-3.0MPa，并且通入氩气保护气氛制备得到钛酸锂复合材料；
本发明提供的电极片的制备方法，包括：
将上述步骤制备的酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为84％、10％、 6％放入瓶中，在转速为3800r/min的条件下用磁力搅拌器搅拌5小时，在 Cu箔上涂刮成均匀的薄膜，干燥后制成电极片；导电剂为少层石墨烯浆料，少层石墨烯浆料中少层石墨烯的浓度为15％。粘结剂为由PVDF与NMP 组成的浆液，PVDF所占质量比为6％。
将上述步骤制备的(正极)、锂片(负极)、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7
本实施例与实施例1基本相同不同之处仅在于：加入的二氧化钛为 0.86mol，加入的五氧化二钒为0.8mol。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同不同之处仅在于：葡萄糖的加入量与钛源的质量比为3：100。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同不同之处仅在于：微波照射的功率为900W照射时间为0.5h。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同不同之处仅在于：碳化过程，管式炉温度为900℃，真空度为-3.0MPa，热处理时间为12h。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同不同之处仅在于：制备电极片的成分为酸锂复合物与导电剂、粘结剂按比例为80％、10％以及10％。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将碳源、锂源、钛源和钒源一起进行湿磨。湿磨后直接干燥、微波照射。
对比例
本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：在进行碳化处理前没有经微波照射处理。
实验例1
将实施例1制得的钛酸锂复合物颗粒置于扫描电镜下，拍摄颗粒的形貌，如图1所示。实施例1只的颗粒大小为120-200nm，从图中能够看出颗粒具有良好的结晶性，结晶度高，轮廓清晰，大小均匀。
将实施例1制得的锂离子电池，在放电倍率0.2C的条件下测试循环次数，得到图2。将实施例1制得的锂离子电池，在不同放电倍率的条件下测试其倍率性能，得到图3。从图2和图3能够看出，该钛酸锂复合物0.2C 放电容量为218mAh/g，循环130周后仍有196mAh/g，大大提高了纯相钛酸锂复合物的理论容量。
实施例2
将实施例1、实施例7-12以及对比例制得的锂离子电池，在放电倍率 0.2C的条件下测试循环次数，以及检测放电容量。将实验结果记录至表1 中能够。
表1各组实施例和对比例循环次数以及放电容量
通过表1能够看出，实施例1的循环次数以及放电容量优于实施例7-12，说明，当锂源钛源以及钒源的用量配比在本发明优选的实施方式内时，能够提高钛酸锂复合材料制得的锂离子电池的理论容量，当碳源的用量在本发明优选的范围内时，能进一步提高电池的理论容量，当微波照射的功率和时间在本发明优选的范围内时，能进一步提高电池的理论容量，当碳化热解过程温度、压力以及热解时间在本发明优选的范围内时，能进一步提高电池的理论容量，当制备电极片所用的原料中钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂的配比在被发明优选的范围内时，能够进一步提高电池的理论容量。
而将实施例1与对比例对比，能够看出，对比例1制得的锂离子电池的理论容量明显小于实施例1。由此能看出，微波照射能够提高钛酸锂复合材料的性能。
实验例3
将实施例1、实施例9和对比例制得的钛酸锂复合材料在扫描电镜下，检测颗粒大小。将颗粒大小记录至表2中。
表2各组材料的颗粒大小
组别 实施例1 实施例9 对比例
颗粒大小(nm) 120-200 60-100 300-500
根据上表，将实施例1与对比例进行对比，能够发现，对比例制得的复合材料的颗粒的粒径明显大于实施例1，由此能够说明，采用微波照射能够使得最终制得的复合材料的颗粒粒径更小。
实施例9制得的钛酸锂复合材料的颗粒粒径比实施例1更小，由此能够说明当微波照射的功率和时间在本发明优选的范围内时，制得的颗粒的复合材料的颗粒粒径更小。
颗粒的粒径越小，则更有利于锂离子的扩散，达到提高材料的离子和电子的传输能力的效果。因此，本发明提供的制备方法制得的复合材料的离子和电子的传输能力好。
综上所述，本发明提供的钛酸锂复合材料的制备方法，采用高温固相法制备得到既具有碳包覆，又含有元素掺杂的钛酸锂复合材料，该方法能制得纯相的钛酸锂复合材料制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好的倍率性能，且制备方法简单，易于合成，成本低，而将前驱物采用微波照射后再进行碳化处理，使得后续碳化过程只需一次热处理就能够得到纯相的钛酸锂复合材料，操作方法简单，生产成本低，并且微波处理能显著减小制得的产品的颗粒的粒径，提高钛酸锂复合材料的离子和电子的传输能力。进一步地，在各自元素掺杂过程中，先湿磨后研磨，也能够进一步减小制得的颗粒的粒径。
本发明提供的钛酸锂复合材料，由于采用本发明提供的方法制得，因此，其粒径小，具有较高的离子和电子的传输能力，且采用该钛酸锂复合材料制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好的倍率性能。
本发明提供的电极片，由于该电极片的制备材料包括本发明提供的钛酸锂复合材料，因此该电极片具有较高的离子和电子的传输能力，由该电极片制得的锂离子电池具有较高的理论容量和良好倍率性能。
本发明提供的电极片的制备方法，其制备成本低，能够制得上述的具有优良性能的电极片。
本发明提供的锂离子电池，由于包括本发明提供的电极片或包括本发明提供的制备方法制得的电极片，因此其具有高的理论容量和良好的倍率性能。
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 (10)

1.一种钛酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将碳源、锂源、钛源和钒源混合分散均匀得到的多元素掺杂混合物在微波下照射以细化颗粒得到复合物前驱体；
将所述复合物前驱体进行碳化处理。
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，微波照射的功率为500-1000W，照射时间为0.5-2h；
优选地，微波照射功率为800-900W。
3.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，将所述碳源、所述锂源、所述钛源和所述钒源混合分散均匀是：
将所述碳源、所述锂源以及所述钛源混合湿磨得到初次掺杂混合物；
将所述初次掺杂混合物与所述钒源混合研磨至所含颗粒为亚微米级得到所述多元素掺杂混合物；
优选地，湿磨时转速为200-400r/min，湿磨时间为1-3.5h；
优选地，参与湿磨的湿磨剂为无水乙醇或丙酮；
优选地，所述湿磨剂的用量与碳酸锂的用量之比为1-5ml:1mol。
4.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，所述碳源包括葡萄糖、果糖和蔗糖中至少一种，所述锂源包括碳酸锂和氢氧化锂中至少一种，所述钛源包括二氧化钛，所述钒源包括五氧化二钒；
优选地，所述锂源中所含锂和所述钛源中所含钛的摩尔比1：0.4-0.43，所述碳源与所述钛源的质量比为1.5-3:100，所述钒源和中所含钒与所述锂源中所含锂的摩尔比为0.6-1.6:1；更优选地，所述锂源中所含锂和所述钛源中所含钛的摩尔比为1:0.41-0.42；所述碳源与所述钛源的质量比为2-2.5:100；所述钒源和中所含钒与所述锂源中所含锂的摩尔比为0.8-1.0:1。
5.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，将混合物进行微波照射前对所述多元素掺杂混合物进行干燥；
优选地，干燥温度为60-85℃，干燥时间为0.5-1.5h。
6.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，将所述复合物前驱体进行碳化处理是：将所述复合物前驱体置于600-900℃下热处理5-12h，热处理体系真空度为-3.0～-1.0MPa；更优选地，将所述复合物前驱体置于700-800℃下热处理6-8h，热处理体系真空度为-2.0～-1.5MPa；
优选地，碳化过程在惰性气体或氮气的保护气氛下进行。
7.一种钛酸锂复合材料，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得。
8.一种锂离子电池的电极片，其特征在于，制备所述电极片的材料包括如权利要求7所述的钛酸锂复合材料。
9.一种锂离子电池的电极片的制备方法，其特征在于，包括：
将如权利要求7所述的钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂混合均匀得到混合料；
将所述混合料在集流体上涂成薄膜，然后干燥；
优选地，所述集流体为铜箔；
优选地，所述钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂占制备电极片的材料的质量百分比分别为：75-90％、6-15％以及4-10％；更优选地，所述钛酸锂复合材料、导电剂以及粘结剂占制备电极片的材料的质量百分比分别为：85-87％、7-9％、6-7％；更优选地，所述导电剂为少层石墨烯浆料；更优选地，所述少层石墨烯浆料中少层石墨烯的质量百分含量为10-20％；更优选地，所述少层石墨烯浆料中的溶剂为3-甲氧基丙酸甲酯；
优选地，将所述钛酸锂复合材料、所述导电剂以及所述粘结剂混合均匀是将所述钛酸锂复合材料、所述导电剂以及所述粘结剂混合在转速为2000-4000r/min的条件下磁力搅拌至少4h；
优选地，所述粘结剂为由PVDF与NMP组成的浆液，所述PVDF所占质量比为6-8％。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求8所述的电极片或如权利要求9所述的制备方法制得的电极片。
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