[發(fā)明專利]鈉離子電池負極活性物質及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110326377.2
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN103066265A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 趙亮;胡勇勝;李泓;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

1.一種鈉離子電池負極活性物質，其中，所述負極活性物質的通式為Li_4-xM¹_xTi_5-yM²_yO₁₂，其中，M¹選自Na、Mg、Al、Si、K、Ca、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Ag、In、Sn、La、Ce、Ta、W、La或Ce，M²選自Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ta、W、La或Ce，0≤x≤4，0≤y≤0.5；

優(yōu)選地，M¹選自Na、Cu，M²選自Mg、Al、Cu、Zn、Zr、Nb，0≤x≤2，0≤y≤0.2；更優(yōu)選地，M¹選自Na，M²選自Mg、Al、Cu、Nb，0≤x≤1，0≤y≤0.05。

2.根據權利要求1所述的負極活性物質，其中，所述負極活性物質包覆有碳層、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層中的一種或多種。

3.根據權利要求2所述的負極活性物質，其中，所述碳層、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層的厚度各自獨立地為1～10nm。

4.權利要求1至3中任一項所述的負極活性物質的制備方法，所述制備方法為噴霧干燥法、固相法或溶膠-凝膠法中的任一種：

所述噴霧干燥法為：將鋰的碳酸鹽、鈦的氧化物、M¹的化合物、M²的化合物按照負極活性物質的化學計量比混合，以乙醇為溶劑并研磨均勻，經噴霧干燥得前驅體粉末，將所得前驅體粉末置于坩堝內，于650～1000℃下處理2～20小時，研磨即得所述負極活性物質；

所述固相法為：將鋰的氫氧化物、鈦的氧化物、M¹的化合物、M²的化合物按照負極活性物質的化學計量比混合，研磨均勻后得前驅體粉末，將所得前驅體粉末置于坩堝內于650～1000℃下處理2～20小時，研磨即得所述負極活性物質；

所述溶膠-凝膠法為：按照負極活性物質的化學計量比稱取適量乙酸鋰和鈦酸四丁酯并分別溶于無水乙醇，在攪拌過程中將乙酸鋰的無水乙醇溶液緩慢加入到鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液中，并加入檸檬酸，形成前驅體凝膠，將所得前驅體凝膠置于坩堝中，于650～1000℃下處理2～20小時，研磨即得所述負極活性物質。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其中，采用以下方法中的任一種使所述負極活性物質包覆有碳層、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層中的一種或多種：

(1)在所述前驅體粉末或凝膠中加入蔗糖、葡萄糖、有機聚合物、離子液體或金屬鹽；

(2)向所述負極活性物質中加入蔗糖、葡萄糖、有機聚合物、離子液體或金屬鹽，并在氣體保護下加熱處理；

(3)采用熱氣相沉積法對所述前驅體或所述負極活性物質進行包覆。

6.一種鈉離子電池負極材料，所述負極材料包含導電添加劑、粘結劑和權利要求1至3中任一項所述的負極活性物質或按照權利要求4或5所述的制備方法而制得的負極活性物質。

7.一種鈉離子電池負極，所述負極包含權利要求6所述的負極材料和集流體。

8.一種鈉離子電池，所述鈉離子電池包含正極和權利要求7所述的負極，以及置于所述正極和所述負極之間的隔膜和電解液。

9.權利要求1至3中任一項所述負極活性物質或按照權利要求4或5所述的制備方法制得的負極活性物質用于制備鈉離子電池負極材料、鈉離子電池負極或鈉離子電池的應用。