[發明專利]一種水溶液鋰離子電池負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310038175.7
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103107307A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 王海波;吳曲勇;高立軍;倪江鋒;朱碧玉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/48;H01M10/36;B82Y30/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種電極材料及其制備，具體涉及一種用于水溶液鋰離子電池的負極材料及其制備方法，屬于能源材料與電化學技術領域。

背景技術

能源危機和環境問題是人類跨入21世紀必須面臨的兩個嚴峻挑戰，開發新型清潔能源例如太陽能、風能等已引起世界各國的重視。太陽能，風能等新能源的開發以及電動汽車的發展都需要考慮相應的儲能系統；電網調峰過程也需要低成本的規模化的儲能裝置。因此，高性能、低成本、高安全的電能儲存技術是實現我國能源可持續發展的關鍵技術之一。

鋰離子電池是目前應用最廣泛的一種二次電池，通常以鋰碳化合物作為負極材料，有機電解質為電解液。由于有機電解質導電性差、成本高、生產條件要求高，存在安全隱患，限制了其使用范圍。PCT申請公開文件WO/1995/021470公開了一種水溶液鋰離子電池，使用水溶液電解液代替有機電解液，消除了使用有機電解液而存在的燃燒、爆炸等安全隱患，且具有成本低、離子傳導性高、環境污染少、制備工藝簡單、不需要密封等優點，有望在動力汽車和儲能電堆等領域實現規?；膽?。但是該技術方案提供的電池只有幾十次的循環壽命，主要歸咎于負極材料性能比較差。

開發新型高性能負極材料是實現水溶液鋰離子電池應用的基礎。目前報道的用于水溶液鋰離子電池的負極材料主要有錳氧化物、釩氧化物、磷酸鹽類等，但是使用這些負極材料的電池循環性能不佳，一般充放電25次至40次后容量就急劇下降。因此，水溶液鋰離子電池能否實現應用，高性能負極材料的選擇和制備技術是首要解決的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種倍率性能優異、循環穩定性好的用于水溶液鋰離子電池的負極材料，以及這種負極材料的制備方法。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種水溶液鋰離子電池負極材料的制備方法，包括下列步驟：

(1)將鈦鹽溶于有機溶劑中，制成濃度為0.005?mol/L～3?mol/L的溶液，向溶液中加入水解抑制劑，在反應容器中水解，水解時間0.5～60?min，所述水解抑制劑為酸的溶液，水解抑制劑的濃度為0.001～0.1?mol/L；

(2)向步驟(1)的水解中的溶液中加入基體；

(3)密封反應容器，在120℃～350℃溫度下進行溶劑熱反應，反應保溫時間0.5～48小時；

(4)冷卻至室溫，洗滌、干燥，獲得所需的負極材料。

上述技術方案中，所述鈦鹽選自四氯化鈦、三氯化鈦、鈦酸四丁酯、四異丙醇鈦、叔丁基鈦、硫酸氧鈦、四溴化鈦中的一種或兩種以上的混合物。

所述有機溶劑選自丙酮、甲苯、乙醇、水、苯甲醇、乙二醇、四甘醇、聚乙二醇、丙醇、丁醇、二甲氧基二甘醇、二甲氧基三甘醇、二甲氧基四甘醇中的一種或兩種以上的混合溶劑。

所述水解抑制劑選自鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、冰醋酸或檸檬酸。

所述基體材料選自FTO玻璃、ITO玻璃、鈦片、鈦網、不銹鋼網、不銹鋼片、聚合物薄膜、石墨氈、石墨烯薄膜、碳膜。

上述技術方案中，在加入溶液中之前，將基體在丙酮中超聲洗滌，然后在堿性溶液中浸泡，最后用己醇和去離子水洗滌干凈。

或者，在加入溶液中之前，將基體在乙酸、雙氧水處理，再洗滌干燥。

上述技術方案中，獲得的負極材料由基體和基體表面的納米二氧化鈦陣列構成，所述納米二氧化鈦陣列為納米管、納米棒、納米線或納米錐結構。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：

1．本發明采用溶劑熱法制備負極材料，材料微觀形貌和尺寸易于控制，制備過程易于實施；

2.本發明獲得的負極材料比容量可達到39.7?mC/cm²，充放電穩定性好，倍率性能優異，在水溶液鋰離子電池方面有很大的應用潛力；

3.實驗表明，采用本發明的負極材料制備的水溶液鋰離子電池，具有良好的循環能力，充放電次數在1200次以上性能仍基本保持不變。

附圖說明

圖1是實施例1中二氧化鈦納米棒陣列負極材料的掃描電鏡圖；

圖2是實施例2中納米陣列二氧化鈦負極材料的充放電曲線圖；

圖3是實施例3中二氧化鈦納米線負極材料的循環性能圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：

實施例1：