[發(fā)明專利]石墨烯擔(dān)載納米二氧化鈦為正極材料的鋰離子電池的制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611133524.3
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN106784774B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李睿;李洲鵬;劉賓虹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;H01M10/058;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發(fā)明涉及鋰離子電池制備技術(shù)，旨在提供一種石墨烯擔(dān)載納米二氧化鈦為正極材料的鋰離子電池的制備方法。包括：將單水葡萄糖、尿素和偏硼酸鋰球磨混合，經(jīng)三次升溫后冷卻至室溫；將得到的碳擔(dān)載納米硼鋰合金與乙炔黑和Nafion溶液混合研磨，調(diào)制成膏狀后涂敷到泡沫鎳中；陰干后壓制成型，得到負極；按正極、隔膜、負極的順序排列組成電池結(jié)構(gòu)；電解液以LiPF₆為溶質(zhì)，以碳酸乙烯酯、碳酸甲酯與碳酸二甲酯的混和物為溶劑，電解液中含六氟磷酸鋰。本發(fā)明具有良好化學(xué)穩(wěn)定性以及很高的氫過電位的優(yōu)點，完全消除了氫發(fā)生的可能，一種高容量的安全鋰離子電池。該鋰離子電池開路電壓為1.8V，能有效抑制充電時氫氣的發(fā)生，為電動汽車提供安全可靠的高能動力電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池的制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及將葡萄糖、尿素、鈦酸四丁酯和NaCl-KCl共晶鹽球磨混合，通過煅燒后，用水清洗掉鹽分，得到石墨烯擔(dān)載納米TiO₂作為水性電解液鋰離子電池正極材料；將葡萄糖、尿素和偏硼酸鋰球磨混合，通過煅燒后，得到碳載擔(dān)載納米硼鋰作為鋰離子電池負極材料，以及使用石墨烯擔(dān)載納米TiO₂為正極材料，碳載硼鋰合金為負極材料的鋰離子電池的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因而得到了普遍應(yīng)用。現(xiàn)在的許多數(shù)碼設(shè)備都采用了鋰離子電池作電源。鋰離子電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5～2倍，而且具有很低的自放電率、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點是它廣泛應(yīng)用的重要原因。傳統(tǒng)鋰離子電池以石墨陽極材料為例，充放電過程中負極反應(yīng)：

C₆+xLi⁺+xe＝Li_xC₆

由于Li_xC₆的高度活潑性，很容易被空氣和水氧化，因此通常使用有機溶劑配制成電解液。而且，電解液中水含量也會導(dǎo)致氧化反應(yīng)的發(fā)生，引起鋰離子電池爆炸，起火，發(fā)生安全事故。有機電解液沸點低，易燃，是大容量鋰離子電池廣泛應(yīng)用于電動車輛的主要障礙之一。

而金屬鋰負極在水溶液中會發(fā)生劇烈反應(yīng)，引發(fā)電池?zé)崾Э亍Ａ硗猓囯x子的還原電位顯著低于質(zhì)子的還原電位，水的理論分解電壓只有1.23V，使用若有機電解液中水含量過高，導(dǎo)致充電時氫氣生成，造成安全隱患。傳統(tǒng)鋰離子電池對電解液中水分的含量極其敏感，其安全性完全取決于電解液的品質(zhì)，特別要求極低的含水量。

作為鋰離子電池的負極材料必須是具備以下要求：(1)鋰貯存量高；(2)鋰在負極材料中的嵌入、脫嵌反應(yīng)快，即鋰離子在固相中的擴散系數(shù)大，在電極－電解液界面的移動阻抗小；(3)鋰離子在電極材料中的存在狀態(tài)穩(wěn)定，對電解液中含水量不敏感；(4)在電池的充放電循環(huán)中，負極材料體積變化小；(5)電子導(dǎo)電性高；(6)負極材料在電解液中不溶解。

硼鋰合金能夠可逆脫嵌鋰，硼的理論嵌鋰容量高達3100mAh/g，是石墨的8.34倍，而且，氫在硼上的過電位很高，質(zhì)子難以被還原，鋰能順利嵌入硼點陣，卻抑制了氫氣的發(fā)生。并且，硼鋰合金在電解液含水量較高時仍具有有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，是非常理想的鋰離子電池的負極材料，有效提高鋰離子電池的安全性。配對TiO₂正極，電動勢為1.8V，在氫過電位的作用下，完全抑制了氫的發(fā)生，提高電池的安全性，這一點作為汽車動力電池尤為重要。

二氧化鈦(化學(xué)式：TiO₂)，白色固體或粉末狀的兩性氧化物，俗稱鈦白。鈦白的粘附力強，不易起化學(xué)變化。它的熔點很高，被用來制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。自然界中二氧化鈦有3種晶型，銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。金紅石型的TiO₂是最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，晶格中的缺陷較少。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取，或由四氯化鈦分解得到。