[發明專利]一種微反應器自燃法合成納米級鋰離子動力電池負極材料的方法

無效

• 申請號: 200710191915.5
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101222045A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 邵宗平;袁濤;蔡稅;冉然
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;H01M4/04;C01G23/00;C01D15/00;B01J8/00;B01J19/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種通過微反應器燃燒合成納米級鋰離子動力電池負極材料的方法，屬于鋰離子電池材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池是20世紀90年代發展起來的最新一代二次電池，而新型鋰離子動力電池的研發，既是當前人們的迫切需求，也對解決全球能源緊缺問題具有十分重要的現實意義。Li-Ti-O三元系化合物材料，特別是nLi/nTi＝4/5的Li₄Ti₅O₁₂材料及其改性是目前鋰離子動力電池負極材料的研究熱點，其具有合適的放電電位，穩定的循環壽命，并且成本低、性能好、對環境友好等特點。這就決定了它不僅可以應用于我們日常所接觸的移動通訊工具，還可能成為現在正迅速發展的交通工具的動力電源。

負極活性材料尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂以其具有特殊的原子排布結構和獨特的電化學優越性能越來越受到鋰電池研究者的重視。Li₄Ti₅O₁₂負極材料又叫做“零應變材料”，充放電過程中鋰離子的插入和脫插是通過兩相的共存而進行的，生成的Li₇Ti₅O₁₂的晶胞參數a變化很小，僅從0.836nm增加到0.837nm，從尖晶石相轉變為熔巖相，從而提高電極的循環性能和使用壽命，減少了隨循環次數增加而帶來比電容量大幅度的衰減。目前合成Li₄Ti₅O₁₂及其改性材料的方法主要有高溫固相反應法、電化學反應法以及溶膠凝膠法等。但是這些方法都分別存在反應時間長、溫度高、能耗大，產物粒度和元素分布不均勻，制作過程復雜等缺點。采用微反應器自燃法合成Li₄Ti₅O₁₂鋰離子電池負極材料未見報道。

發明內容

本發明的目的是要提供一種低成本低能耗合成高性能鋰離子動力電池負極材料的新方法。

本發明目的技術方案為：一種通過微反應器燃燒合成納米級鋰離子動力電池負極材料的方法，其具體步驟為：(1)取Li的可溶性化合物，Ti的可溶性化合物或納米二氧化鈦，金屬M的可溶性化合物，按目標產物分子式Li_wM_xTi_yO_z中金屬元素的原子個數比進行配料，并加入助燃劑得混合溶液或均勻分散的乳濁液，其中0＜w≤8；0≤x＜5；0＜y≤6；1≤z≤12；1/2≤w:y≤2，金屬M至少為Mg、Al、Fe、Ni、Cr、Ga、Ag中的一種；(2)取纖維質棉花或紙類將上述混合溶液或均勻分散的乳濁液全部吸收，并放入烘箱中，令其自燃；(3)將自燃后的前驅體在有氧或惰性氣氛燒結，即可制得納米級鋰離子動力電池負極活性材料。

其中所述的Li的可溶性化合物為硝酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、醋酸鋰；或者是含鋰的有機醇、酸或酯類化合物。所述的Ti的可溶性化合物為四氯化鈦、正鈦酸四丁酯；或者是含鈦的有機醇、酸、酯類化合物。所述的金屬M的可溶性化合物為含金屬M的硝酸鹽、碳酸鹽、氯化物、醋酸鹽；或者是含金屬M的有機醇、酸、酯類化合物。所述的助燃劑為至少為甘氨酸、硝酸銨、尿素等助燃劑中的一種。

在上述制備工藝過程中助燃劑加入的物質的量為目標產物中所有金屬元素物質的量之和的1-4倍；纖維質棉花或紙類的加入量為按目標產物中每0.01mol金屬元素取0.5-5g。

上述步驟(2)中自燃溫度為150-300℃；步驟(3)中燒結溫度為500-800℃，保溫時間4-6小時；燒結升溫速率控制為100-200℃/小時。

有益效果：

本發明所用的原料均為普通原料，設備簡單，合成反應時間短，燒結溫度低避免了Li的損失，制造成本廉價，并且制法簡單，符合環境要求，所得產物結晶程度高，粒度極小，元素分布均勻，并顯示了較好的大電流放電性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1產物的XRD圖。

圖2為本發明實施例1產物的首次充放電曲線圖。

圖3為本發明實施例1產物的不同倍率穩定放電比電容量曲線圖。

圖4為本發明實施例1產物的大電流放電50次循環曲線圖。

圖5為本發明實施例2產物的XRD圖。

圖6為本發明實施例2產物的首次充放電曲線圖。

圖7為本發明實施例2產物的大電流放電100次循環曲線圖。

具體實施方式