[發(fā)明專利]鋰離子電池負(fù)極活性材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110223398.1
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102910671A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭會(huì)杰;杰夫·徐
• 申請（專利權(quán)）人: 微宏新材料(湖州)有限公司
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極活性材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前，移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備中裝載的二次電池的絕大部分為鋰離子二次電池。此外，隨著環(huán)境的日益惡化，人們對綠色能源的需求會(huì)越來越強(qiáng)烈，因此對電動(dòng)汽車的研究正在如火如荼的進(jìn)行，市場的需求也會(huì)越來越大，因此鋰離子二次電池作為集成化、電力負(fù)荷均衡化體系等的大型電池的重要性日益提高。

鋰離子二次電池主要包括以下幾個(gè)部分：含有可以可逆的吸收和放出鋰離子的正、負(fù)極材料，可以讓離子自由通過并且電子絕緣的隔膜，以及電解液。

目前，正在研究的電極用活性物質(zhì)，正極主要有：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、三元鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰等，負(fù)極主要有：石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰等材料。其中，被廣泛應(yīng)用并商業(yè)化的負(fù)極材料主要是石墨和鈦酸鋰。

對于含鈦氧化物類活性物質(zhì)而言，當(dāng)對電極使用鋰金屬時(shí)，產(chǎn)生約為1～2V左右的電壓，目前該類活性物質(zhì)用作鋰離子二次電池電極活性物質(zhì)還處于研究階段。其中，具有鈦酸青銅型晶體結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(TiO₂(B))作為電極活性材料，正受到人們的關(guān)注，因?yàn)樵摬牧峡梢詫?shí)現(xiàn)與尖晶石型鋰鈦氧化物(鈦酸鋰)同等平穩(wěn)的對鋰的吸收脫嵌反應(yīng)，而容量比鋰鈦氧化物(鈦酸鋰)更高。

在以H₂Ti₃O₇作為初始原料合成TiO₂(B)的熱處理過程中，存在著準(zhǔn)穩(wěn)定相(T.P.Feist，P.K.Davies，J.Solid?State?Chem.，101，275-295(1992))。通過改變熱處理的溫度和時(shí)間，可以合成具有不同結(jié)構(gòu)的HxTiyOz其中包括H₂Ti₁₂O₂₅(G.-N.zhu，C.-X.Wang，Y.-Y.Xia，Jaurnal?of?Power?Sources，(2010))，。專利CN?101679066A對此新型的電池活性材料的制備方法、結(jié)構(gòu)形貌及其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。根據(jù)目前文獻(xiàn)中所報(bào)道，合成H₂Ti₁₂O₂₅的前軀體Na₂Ti₃O₇通常采用高溫固相法得到，采用這種方法需要經(jīng)過機(jī)械混合和長時(shí)間的煅燒，不僅能耗較高，而且制備過程中材料形貌不可控，從而影響了材料的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容：

為解決上述的問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極活性材料鈦氧化物(H₂Ti₁₂O₂₅)的制備方法，包括：

a)將堿金屬鹽與烷氧基鈦水解溶膠混合，所得溶膠經(jīng)過烘干、焙燒得到前軀體M₂Ti₃O₇(M為堿金屬)；

b)將a)步驟中制得的前軀體M₂Ti₃O₇與鹽酸進(jìn)行質(zhì)子交換，得到H₂Ti₃O₇；

c)將b)步驟中制得的H₂Ti₃O₇進(jìn)行熱處理，得目標(biāo)產(chǎn)物H₂Ti₁₂O₂₅。

其中，a)步驟中的堿金屬鹽選自堿金屬碳酸鹽、堿金屬硝酸鹽和堿金屬氯化物中的至少一種；堿金屬元選自鋰、鈉、鉀中的至少一種；烷氧基鈦選自鈦酸四乙酯、鈦酸四丙酯、鈦酸四丁酯中的至少一種。

本發(fā)明提供的鈦氧化物H₂Ti₁₂O₂₅的制備方法，其中，a)步驟中的焙燒溫度為600～900℃，最佳焙燒溫度為800℃。

本發(fā)明提供的鈦氧化物H₂Ti₁₂O₂₅的制備方法，其中，b)步驟中鹽酸的濃度為0.5～10M，優(yōu)選鹽酸的濃度為1.2M。

本發(fā)明提供的鈦氧化物H₂Ti₁₂O₂₅的制備方法，其中，c)步驟中的熱處理溫度為200～400℃，最佳熱處理溫度為250℃。