一种碳氮掺杂钛酸锂电极材料、制备方法及应用与流程

本发明涉及一种碳氮掺杂钛酸锂电极材料，同时还涉及该电极材料的制备方法及应用，属于锂电池材料制备技术领域。

背景技术：

众所周知，锂离子电池用负极材料主要以石墨类材料为主。而石墨类材料在大倍率条件下充放电易引起负极表面析锂，带来安全隐患。同时石墨类材料的层间距较小，充放电过程中锂离子嵌出会造成石墨结构的破坏，引起电池循环性能的衰减，因此其应用受到较大限制。但是，尖晶石结构的钛酸锂相较传统石墨就具有以下优势：1)嵌锂电位高(约1.55V，vsLi/Li⁺)，充放电过程中不会析出锂枝晶，安全性能好，能从材料上消除锂离子电池的安全隐患；2)充放电过程中材料结果几乎不发生任何变化，是一种“零应变”材料，循环性能好；3)锂电子化学扩散系数比石墨高一个数量级，25℃下扩散系数为2×10^-8cm²/s，适合快速充放电；4)充放电电压平稳，平台电压容量超过总容量的90％。目前，钛酸锂负极材料逐渐成为储能系统和混合电动汽车的选择之一。但是该材料也存在导电性能差、电解液相容性差等问题，导电率约为10^-13S/cm，属于绝缘体，并且在化成定容过程中易产生气体，引起电池整体性能的下降。因此，若想要钛酸锂在大倍率充放电中获得应用，就需要对材料本身进行修饰或改性。

公布号CN105129844A的发明专利公开了一种改性钛酸锂负极材料的制备方法，通过在钛酸锂表面包覆酚醛树脂和纳米锡，经高温处理得到碳包覆的钛酸锂。相较钛酸锂，该负极材料的容量大，充放电时的稳定性高，但是其表面活性也较强，与电解液的相容性差，循环性能欠佳。同时包覆碳的包覆结构不稳定，导电率提高幅度较为有限。此外，公布号CN104269546A的发明专利公开了一种磷酸铝包覆的碳包覆氮化钛酸锂材料，其制备步骤为：1)将二氧化钛和钛酸锂混匀，真空或保护性气氛中煅烧，冷却，得到钛酸锂粉末；2)将碳源和钛酸锂粉末混匀，真空或保护性气氛中煅烧，冷却，得到碳包覆钛酸锂；3)将氮源与碳包覆钛酸锂混匀，真空或保护性气氛中煅烧，使钛酸锂表面的氮元素与钛元素形成钛氮化学键，冷却，得到碳包覆的氮化钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂/TiN；4)将碳包覆的氮化钛酸锂颗粒均匀分散到醇溶液中，加入铝盐和磷酸盐，使反应生成的磷酸铝均匀包覆在碳包覆的氮化钛酸锂颗粒表面，分离出产物，真空或保护性气氛中煅烧，冷却，得到磷酸铝包覆的碳包覆氮化钛酸锂；其中碳源选自沥青、淀粉、葡萄糖、麦芽糖、柠檬酸等；氮源选自尿素、乙腈、单氰胺、二聚氰胺等，铝盐选自硫酸铝、硝酸铝或醋酸铝。该材料具有克容量高，循环倍率性能、安全性能好等优点，但是制备工艺较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种导电率高、与电解液相容性好的碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

同时，本发明还提供一种碳氮掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，工艺简单，操作简便。

最后，本发明再提供一种上述电极材料在制备钛酸锂电池中的应用。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将表面活性剂、聚甲基丙烯酸甲酯、催化剂、含氮化合物和二氧化钛混合均匀，干燥，即得；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

惰性气氛中，将二氧化钛前躯体材料加热升温至200～400℃，保温1～3h后继续升温至600～1200℃，改通氢气1～5h，再保温1～3h(使碳氮化合物充分分解，并掺杂到二氧化钛材料中)，通入碳源气体1～5h，惰性气氛中冷却，即得；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将二氧化钛复合材料、锂源、氟化钠与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，所得浆料采用静电纺丝技术制成纤维状材料，升温至600～1000℃，并保温1～3h，冷却，即得；

4)钛酸锂电极材料的制备

将钛酸锂复合材料、氢氧化钾和氢氧化钠混合均匀，惰性气氛下升温至800～900℃，并保温1～3h，冷却，即得。

步骤1)中表面活性剂、聚甲基丙烯酸甲酯、催化剂、含氮化合物、二氧化钛的质量比为1～3:100:1～3:1～5:10～20。其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、P123(PEO-PPO-PEO，EO₂₀PO₇₀EO₂₀)、聚丙烯酰胺、十八烷基三甲基氯化铵、单硬脂酸甘油酯(单甘油酯)、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯(聚山梨酯80)中的任意一种。催化剂为纳米铁、纳米钴、纳米镍中的任意一种，其粒径为50～500nm。含氮化合物为三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯盐、多聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸酯(磷酸三聚氰胺)中的任意一种。

步骤2)中惰性气氛可采用氮气或氩气气氛。

步骤2)中两次升温的速率均为1～5℃/min。

步骤2)中氢气的通入流量为10～50cm³/min。

步骤2)中碳源气体为甲烷、乙炔、天然气中的任意一种，其流量为10～50cm³/min。

步骤3)中二氧化钛复合材料、锂源、氟化钠、聚乙烯吡咯烷酮的用量比为40g:15～30g:0.5～2g:500mL。其中，锂源为碳酸锂、氢氧化锂、偏铝酸锂中的任意一种。

步骤3)中静电纺丝技术的参数为：接收距离10～20cm，电压10～20kV，纺丝液注入速度0.01～0.1mL/min，滚筒接收装置的转速10～50r/min。

步骤3)中升温的速率为1～10℃/min。

步骤4)中钛酸锂复合材料、氢氧化钾、氢氧化钠的质量比为50:50～100:50～100。

步骤4)中升温的速率为5～10℃/min。

碳氮掺杂钛酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将表面活性剂、聚甲基丙烯酸甲酯、催化剂、含氮化合物和二氧化钛混合均匀，干燥，即得；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

惰性气氛中，将二氧化钛前躯体材料加热升温至200～400℃，保温1～3h后继续升温至600～1200℃，改通氢气1～5h，再保温1～3h，通入碳源气体1～5h，惰性气氛中冷却，即得；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将二氧化钛复合材料、锂源、氟化钠与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，所得浆料采用静电纺丝技术制成纤维状材料，升温至600～1000℃，并保温1～3h，冷却，即得；

4)钛酸锂电极材料的制备

将钛酸锂复合材料、氢氧化钾和氢氧化钠混合均匀，惰性气氛下升温至800～900℃，并保温1～3h，冷却，即得。

步骤1)中表面活性剂、聚甲基丙烯酸甲酯、催化剂、含氮化合物、二氧化钛的质量比为1～3:100:1～3:1～5:10～20。其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、P123(PEO-PPO-PEO，EO₂₀PO₇₀EO₂₀)、聚丙烯酰胺、十八烷基三甲基氯化铵、单硬脂酸甘油酯(单甘油酯)、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯(聚山梨酯80)中的任意一种。催化剂为纳米铁、纳米钴、纳米镍中的任意一种，其粒径为50～500nm。含氮化合物为三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯盐、多聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸酯(磷酸三聚氰胺)中的任意一种。

步骤2)中惰性气氛可采用氮气或氩气气氛。

步骤2)中两次升温的速率均为1～5℃/min。

步骤2)中氢气的通入流量为10～50cm³/min。

步骤2)中碳源气体为甲烷、乙炔、天然气中的任意一种，其流量为10～50cm³/min。

步骤3)中二氧化钛复合材料、锂源、氟化钠、聚乙烯吡咯烷酮的用量比为40g:15～30g:0.5～2g:500mL。其中，锂源为碳酸锂、氢氧化锂、偏铝酸锂中的任意一种。

步骤3)中静电纺丝技术的参数为：接收距离10～20cm，电压10～20kV，纺丝液注入速度0.01～0.1mL/min，滚筒接收装置的转速10～50r/min。

步骤3)中升温的速率为1～10℃/min。

步骤4)中钛酸锂复合材料、氢氧化钾、氢氧化钠的质量比为1:1～2:1～2。

步骤4)中升温的速率为5～10℃/min。

上述碳氮掺杂钛酸锂电极材料在制备钛酸锂电池中的应用。

本发明的有益效果：

本发明中碳氮掺杂钛酸锂电极材料的制备过程为：先将表面活性剂、催化剂、含氮化合物和二氧化钛溶于聚甲基丙烯酸甲酯中，干燥后通过化学气相沉积法制备碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛材料，再将其与锂源、氟化钠一同溶于聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，通过静电纺丝技术和高温烧结法制备出纤维状的钛酸锂复合材料，并进一步改性得到电极材料。

本发明在钛酸锂中均匀掺杂碳纳米管，利用碳纳米管的网状结构，将聚甲基丙烯酸甲酯炭化后形成的碳通过碳网固定，提高其包覆层的结构稳定性。加之碳纳米管力学强度大、比表面积高等特性，进一步提高材料的吸液保液能力和导电性。氮原子在元素周期表中处于碳原子的邻位，半径接近，但其电负性高于碳，因此掺杂氮原子可以保持碳的晶格结构和孔道，而氮原子额外的孤对电子可以给碳骨架离域体系提供负电荷，从而有效提高碳的表面极性，增强电子的传输性能以及材料的化学反应活性，进而增强钛酸锂的导电性和电化学反应性能。

本发明采用静电纺丝技术制备的纤维状碳酸锂复合材料具有更高的导电率高和更大的比表面积，能提高电极材料的吸液保液能力和导电性，从而改善电池的循环性能和倍率性能。同时，采用氢氧化钾和氢氧化钠改性活化钛酸锂复合材料，一方面能降低钛酸锂及其包覆碳纳米管的活性点，提高其与电解液的相容性，降低副反应的发生几率，另一方面还能增大包覆层中碳纳米管的比表面积，增强其吸附电子的能力，从而提高电极材料的电子传递能力和电化学性能。

本发明中碳氮掺杂钛酸锂电极材料的制备工艺简单，操作简便，生产效率高，制备得到的钛酸锂电极材料一致性较高。

附图说明

图1为实施例1中碳氮掺杂钛酸锂电极材料的SEM图；

图2为实施例1中钛酸锂软包电池在不同倍率条件下的放电曲线。

具体实施方式

下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将2g十二烷基苯磺酸钠(表面活性剂)溶于100g聚甲基丙烯酸甲酯(分析纯)中，搅拌均匀后加入2g纳米铁(粒径200nm)，搅拌1h后，再加入3g三聚氰胺氰尿酸盐，最后加入15g二氧化钛，搅拌均匀后得到二氧化钛混合溶胶，干燥，得到含催化剂铁的二氧化钛前躯体材料；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

将二氧化钛前躯体材料转移至管式炉中，在氩气保护下升温，先以3℃/min的升温速率升至250℃，并在该温度下保温2h，再以3℃/min的升温速率升至850℃，改通氢气3h(流速30cm³/min)，再保温2h，通入甲烷气体3h(流速30cm³/min)，最后在氩气保护下冷却至室温，得到二氧化钛复合材料；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将40g二氧化钛复合材料、20g碳酸锂、1g氟化钠(添加剂)加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散2h)，所得浆料采用静电纺丝技术(接收距离15cm，电压15kV，纺丝液注入速度0.05mL/min，滚筒接收装置转速30r/min)制成纤维状材料，将材料移至管式炉中，以5℃/min的升温速率升至800℃，并保温2h，之后自然冷却至室温，得到钛酸锂复合材料；

4)钛酸锂复合材料的改性

将50g钛酸锂复合材料与80g氢氧化钾、80g氢氧化钠粉末混合均匀(采用三维混合机)，并转移至陶瓷舟中，再置于水平管式炉的陶瓷管内，在氮气保护下，以8℃/min的升温速率升至840℃，并保温2h，之后自然冷却至室温，即得碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池，取9g上述碳氮掺杂钛酸锂电极材料、0.5g导电剂SP、0.5g聚偏氟乙烯(粘结剂)与220mL N-甲基吡咯烷酮混合均匀，涂膜于铜箔上制成膜片，以锂片为负极，celegard 2400为隔膜，1mol/L LiPF₆/EC+DMC(体积比1:1)为电解液(EC即碳酸乙烯酯，DMC即碳酸二乙酯)，在氧气和水含量均低于0.1ppm的手套箱中组装扣式电池。

钛酸锂软包电池(7Ah)，以上述制备的碳氮掺杂钛酸锂为负极材料，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元材料为正极材料，celegard 2400为隔膜，1.3mol/L LiPF₆/EC+DEC(体积比1:1)为电解液制备。

实施例2

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将1g聚丙烯酰胺溶于100g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后加入1g钴催化剂(粒径50nm)，搅拌1h后，再加入1g季戊四醇三聚氰胺磷酸酯盐，最后加入10g二氧化钛，搅拌均匀后得到二氧化钛混合溶胶，干燥，得到含催化剂钴的二氧化钛前躯体材料；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

将二氧化钛前躯体材料转移至管式炉中，在氮气保护下升温，先以1℃/min的升温速率升至200℃，并在该温度下保温3h，再以1℃/min的升温速率升至600℃，改通氢气5h(流速10cm³/min)，再保温3h，通入乙炔气体1h(流速50cm³/min)，最后在氮气保护下冷却至室温，得到二氧化钛复合材料；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将40g二氧化钛复合材料、15g氢氧化锂、0.5g氟化钠加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散5h)，所得浆料采用静电纺丝技术(接收距离10cm，电压10kV，纺丝液注入速度0.01mL/min，滚筒接收装置转速10r/min)制成纤维状材料，将材料移至管式炉中，以1℃/min的升温速率升至600℃，并保温3h，之后自然冷却至室温，得到钛酸锂复合材料；

4)钛酸锂复合材料的改性

将50g钛酸锂复合材料与50g氢氧化钾、50g氢氧化钠粉末混合均匀，并转移至陶瓷舟中，再置于水平管式炉的陶瓷管内，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率升至800℃，并保温3h，之后自然冷却至室温，即得碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池及软包电池的制备均同实施例1。

实施例3

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将3g十八烷基三甲基氯化铵溶于100g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后加入3g纳米镍(粒径500nm)，搅拌1h后，再加入5g三聚氰胺磷酸酯，最后加入20g二氧化钛，搅拌均匀后得到二氧化钛混合溶胶，干燥，得到含催化剂镍的二氧化钛前躯体材料；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

将二氧化钛前躯体材料转移至管式炉中，在氩气保护下升温，先以5℃/min的升温速率升至400℃，并在该温度下保温1h，再以5℃/min的升温速率升至1200℃，改通氢气1h(流速50cm³/min)，再保温1h，通入天然气5h(流速10cm³/min)，最后在氩气保护下冷却至室温，得到二氧化钛复合材料；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将40g二氧化钛复合材料、30g偏铝酸锂、2g氟化钠加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散1h)，所得浆料采用静电纺丝技术(接收距离20cm，电压20kV，纺丝液注入速度0.1mL/min，滚筒接收装置转速50r/min)制成纤维状材料，将材料移至管式炉中，以10℃/min的升温速率升至1000℃，并保温1h，之后自然冷却至室温，得到钛酸锂复合材料；

4)钛酸锂复合材料的改性

将50g钛酸锂复合材料与100g氢氧化钾、100g氢氧化钠粉末混合均匀，并转移至陶瓷舟中，再置于水平管式炉的陶瓷管内，在氮气保护下，以10℃/min的升温速率升至900℃，并保温1h，之后自然冷却至室温，即得碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池及软包电池的制备均同实施例1。

实施例4

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将2.5g P123溶于100g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后加入1.5g纳米铁(粒径400nm)，搅拌1h后，再加入4g多聚磷酸铵，最后加入12g二氧化钛，搅拌均匀后得到二氧化钛混合溶胶，干燥，得到含催化剂铁的二氧化钛前躯体材料；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

将二氧化钛前躯体材料转移至管式炉中，在氩气保护下升温，先以4℃/min的升温速率升至350℃，并在该温度下保温1.5h，再以4℃/min的升温速率升至1000℃，改通氢气4h(流速30cm³/min)，再保温1.5h，通入天然气2h(流速30cm³/min)，最后在氩气保护下冷却至室温，得到二氧化钛复合材料；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将40g二氧化钛复合材料、25g碳酸锂、1.5g氟化钠加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散2h)，所得浆料采用静电纺丝技术(接收距离18cm，电压18kV，纺丝液注入速度0.08mL/min，滚筒接收装置转速20r/min)制成纤维状材料，将材料移至管式炉中，以7℃/min的升温速率升至900℃，并保温1.5h，之后自然冷却至室温，得到钛酸锂复合材料；

4)钛酸锂复合材料的改性

将50g钛酸锂复合材料与65g氢氧化钾、65g氢氧化钠粉末混合均匀，并转移至陶瓷舟中，再置于水平管式炉的陶瓷管内，在氮气保护下，以6℃/min的升温速率升至880℃，并保温1.5h，之后自然冷却至室温，即得碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池及软包电池的制备均同实施例1。

实施例5

碳氮掺杂钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)二氧化钛前躯体材料的制备

将1.5g聚山梨酯80溶于100g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后加入2.5g钴催化剂(粒径400nm)，搅拌1h后，再加入2g焦磷酸三聚氰胺，最后加入18g二氧化钛，搅拌均匀后得到二氧化钛混合溶胶，干燥，得到含催化剂钴的二氧化钛前躯体材料；

2)碳纳米管和氮掺杂的二氧化钛复合材料的制备

将二氧化钛前躯体材料转移至管式炉中，在氩气保护下升温，先以2℃/min的升温速率升至250℃，并在该温度下保温2.5h，再以2℃/min的升温速率升至700℃，改通氢气2h(流速30cm³/min)，再保温2.5h，通入天然气4h(流速30cm³/min)，最后在氩气保护下冷却至室温，得到二氧化钛复合材料；

3)碳纳米管和氮掺杂的钛酸锂复合材料的制备

将40g二氧化钛复合材料、18g偏铝酸锂、1.2g氟化钠加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散2h)，所得浆料采用静电纺丝技术(接收距离13cm，电压13kV，纺丝液注入速度0.03mL/min，滚筒接收装置转速40r/min)制成纤维状材料，将材料移至管式炉中，以3℃/min的升温速率升至700℃，并保温2.5h，之后自然冷却至室温，得到钛酸锂复合材料；

4)钛酸锂复合材料的改性

将50g钛酸锂复合材料与85g氢氧化钾、85g氢氧化钠粉末混合均匀，并转移至陶瓷舟中，再置于水平管式炉的陶瓷管内，在氮气保护下，以9℃/min的升温速率升至830℃，并保温2.5h，之后自然冷却至室温，即得碳氮掺杂钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池及软包电池的制备均同实施例1。

对比例

钛酸锂电极材料，由以下步骤制备得到：

1)将15g二氧化钛、2g碳纳米管加入到100mL聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后，在氩气保护下升温，先以5℃/min的升温速率升至250℃，并在该温度下碳化1h，得到碳包覆的二氧化钛材料；

2)将40g碳包覆的二氧化钛材料与20g碳酸锂加入到500mL聚乙烯吡咯烷酮溶剂中，高速分散均匀(转速30rpm，分散2h)，所得浆料转移至管式炉中，氮气保护下，在温度800℃保温2h，得到钛酸锂电极材料。

钛酸锂扣式电池及软包电池的制备均同实施例1。

试验例

1)SEM测试

取实施例1中碳氮掺杂钛酸锂电极材料进行SEM测试。如图1所示，电极材料呈纤维状，分布均匀、合理。

2)扣式电池性能测试

将实施例1～5及对比例中钛酸锂扣式电池连接到蓝电测试仪上，以0.1C的倍率充放电，电压范围1.0～2.8V，循环3周后停止，测试结果见下表1。

3)软包电池性能测试

取实施例1～3及对比例中钛酸锂软包电池，以0.1C倍率充电，恒流充电至3.2V，排出充电过程中产生的气体，再以0.1C倍率放电至1.0V，充放电循环2次后排出气体备用。

循环性能测试：分别取上述软包电池，充放电电压1.5～2.8V、温度25±3℃、充放电倍率1.0C/1.0C下进行循环性能测试(1000次)，结果见下表2。

倍率性能测试：分别取上述软包电池，充放电电压1.65～2.8V、温度25±3℃，以1.0C倍率充电，再分别以1.0C、2.0C、3.0C、5.0C、10.0C、15.0C、20.0C倍率放电，容量保持率见下表3，实施例1中软包电池的放电曲线见图2。

表1实施例及对比例中扣式电池的性能比较

由表1可知，实施例1～3中钛酸锂电极材料的克容量和首次效率明显优于对比例。分析原因为：通过化学气相沉积法在钛酸锂表面生长的碳纳米管相较直接掺杂碳纳米管具有结构稳定性高、掺杂均匀等优点，能显著提高电池材料的克容量发挥效率。同时，添加氟化钠能提高电极材料的结构稳定性，加之掺杂氮的原因，能进一步提高材料的导电率，从而最终提高材料的克容量及首次效率。

表2实施例及对比例中软包电池的循环性能比较

由表2可知，实施例1～3中钛酸锂软包电池在循环的各个阶段的循环性能均优于对比例。分析原因为：实施例中钛酸锂电极材料的表面有改善自身结构稳定性的氮材料，加之通过化学气相沉积法在材料内部及表面生长的碳纳米管分布均匀、结构稳定，进一步提高了钛酸锂电池的循环性能。

表3实施例及对比例中软包电池的倍率性能比较

由表3可知，实施例1～3中钛酸锂软包电池的倍率性能明显优于对比例。分析原因为：实施例中钛酸锂电极材料呈纤维状结构，具有较高的比表面积和导电率，能提高电池大倍率条件下的充放电能力。同时，在钛酸锂表面生长的碳纳米管与钛酸锂结合牢固，二者均匀掺杂，且掺杂氮能进一步增强材料的导电性能及电化学反应性能，从而改善钛酸锂电池的倍率性能。