[發(fā)明專利]一種碳包覆介孔磷酸鈦鋰的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510957301.8
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105375015A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設計）人: 蓋利剛;孫家香;姜海輝
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳包覆介孔磷酸鈦鋰的制備方法，屬于介孔材料和鋰電池電極材料制備 技術領域。

背景技術

相比于鉛-酸、鎳-鎘和鎳-金屬氫化物電池，可充電鋰離子電池(簡稱鋰電池)具有能 量密度高、循環(huán)壽命長和質(zhì)量輕的特點(N.Alias,A.A.Mohamad,J.PowerSources274(2015) 237-251.)，在便攜式儀器和電子器件中得到了廣泛應用；但是，目前采用有機電解液的有 機系鋰電池具有易燃、組裝條件苛刻、生產(chǎn)成本高的缺點，這限制了它們在大規(guī)模能量儲存 體系中(如電動機車、智能電網(wǎng)等)的應用(Xiao,Zeng,Q.Liu,M.Chen,L.Leng,T.Shu,L. Du,H.Song,S.Liao,ElectrochimicaActa177(2015)277-282.)。采用水性電解液的水系鋰電 池，其組裝條件簡單、生產(chǎn)成本低、安全性高、且環(huán)境友好，因此有關水系鋰電池電極材料 的研究引起了科研工作者的極大興趣(N.Alias,A.A.Mohamad,J.PowerSources274(2015) 237-251；W.Li,J.R.Dahn,D.S.Wainwright,Science264(1994)1115-1118；J.Y.Luo,Y.Y.Xia, Adv.Funct.Mater.17(2007)3877-3884.)。

在水系鋰電池電極材料的研究中，有關負極材料的研究是該領域的研究熱點和難點，部 分原因是由于，適合在有機系鋰電池中用作負極的價廉易得的活性炭材料，其嵌鋰電壓低于 水溶液的析氫電壓(Y.Wang,J.Yi,Y.Xia,Adv.EnergyMater.2(2012)830-840.)。作為 NASICON型的磷酸鈦鋰材料，具有適合鋰離子傳輸?shù)娜S網(wǎng)絡結構、高度可逆的Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化還原電對和相對于標準氫電極的較低的氧化還原電勢(-0.5V)，使得以磷酸鈦鋰為負 極的水系鋰電池受到了廣泛研究(Z.Liu,X.Qin,H.Xu,G.Chen,J.PowerSources293(2015) 562-569；W.Li,J.R.Dahn,D.S.Wainwright,Science264(1994)1115-1118；J.Y.Luo,Y.Y.Xia, Adv.Funct.Mater.17(2007)3877-3884；J.Y.Luo,W.J.Cui,P.He,Y.Y.Xia,Nat.Chem.2(2010) 760-765.)。

為了提高磷酸鈦鋰的電化學性能，文獻中普遍采用的方法是在顆粒納米化的基礎上對納 米粒子進行后續(xù)石墨化碳包覆(Z.Liu,X.Qin,H.Xu,G.Chen,J.PowerSources293(2015) 562-569；W.Li,J.R.Dahn,D.S.Wainwright,Science264(1994)1115-1118；J.Y.Luo,Y.Y.Xia, Adv.Funct.Mater.17(2007)3877-3884；Y.Wang,J.Yi,Y.Xia,Adv.EnergyMater.2(2012) 830-840.)。顆粒納米化會增大電極材料的比表面積，有利于電極材料提供更多的脫/嵌鋰活 性位，提高電極材料的比容量；石墨化碳包覆有利于提高電極材料的電子電導率，提高其倍 率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。關于碳包覆的磷酸鈦鋰材料，已有研究中普遍采用將磷酸鈦鋰前軀體 分散在有機聚合物溶液中(Z.Liu,X.Qin,H.Xu,G.Chen,J.PowerSources293(2015) 562-569.)或?qū)⑵渑c導電碳材料混合(Y.Wang,J.Yi,Y.Xia,Adv.EnergyMater.2(2012) 830-840.)，或采用Pechini反應形成復合物(C.Wessells,F.L.Mantia,H.Deshazer,R.A. Huggins,Y.Cui,J.Electrochem.Soc.158(2011)A352-A355.)的方法，然后進行固液分離，將 固體干燥、熱處理，得到碳包覆的磷酸鈦鋰。這種分步法或Pechini法使有機聚合物或碳包 覆在磷酸鈦鋰前軀體顆粒表面的做法，步驟繁瑣、耗時長，無疑會增加生產(chǎn)成本。