[發(fā)明專利]一種鈦鎂鉻酸鋰的合成方法及其作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用

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• 申請日: 2017-04-16
• 公開（公告）號: CN106992289A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭倩;楊塵;楊茂萍
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115
• 代理人: 汪貴艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦鎂鉻酸鋰的合成方法及其作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能量的需求日益增加。長久以來，煤炭、石油等化石燃料是人類獲取能量的主要來源，但這些能源在獲取的同時會釋放出大量的有害氣體，給環(huán)境帶來了極大的危害。為了解決能源枯竭和環(huán)境污染給人類帶來的挑戰(zhàn)，人類必須加快開發(fā)和利用綠色環(huán)保且可再生的新能源的步伐。在眾多的電池產(chǎn)品中，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長、工作電壓平穩(wěn)、無記憶效應(yīng)、可快速充放電和無污染等優(yōu)點而受到人們的青睞。

20世紀(jì)90年代初，日本索尼公司率先開發(fā)出以石焦油作為鋰電池的負極材料、LiCoO₂作為鋰電池正極材料的鋰離子電池。這種方式不僅提高了鋰離子電池的安全性和充放電循環(huán)壽命，而且打開了鋰離子電池的市場。

眾所周知，電池材料性能的優(yōu)劣決定了鋰離子電池的整體性能。因此研制新型高比能量的鋰電池材料一直是鋰離子電池的研究熱點。鋰離子電池的負極材料在充放電過程中作為鋰離子的載體，顯得尤為重要。從鋰離子電池的發(fā)展看來，負極材料的研究進展對鋰離子電池的發(fā)展起著決定性的作用。

1996年，加拿大學(xué)者K.Zaghib首次提出了選用鈦酸鋰作為負極材料與高電壓正極材料構(gòu)成鋰離子蓄電池(K.Zaghib,Solid state lithium ion batteries using carbon or an oxide as negative electrode,Proceedings of Lithium Polymer Batteries(ISBN 1 56677 167 6))，或者與碳電極組成電化學(xué)混合電容器。其中，尖晶石型的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)具有較高的工作平臺(1.55V vs.Li⁺/Li)，在充放電過程中不會產(chǎn)生鋰枝晶，且具有良好的安全性能；而且在充電過程中不像碳材料一樣需要生成鈍化膜，這有利于電解質(zhì)與活性物質(zhì)的充分接觸。Li₄Ti₅O₁₂材料在鋰離子脫出和嵌入的過程中，晶格常數(shù)的變化僅0.001，因此Li₄Ti₅O₁₂是一種“零應(yīng)變”材料。鈦酸鋰的諸多優(yōu)點使其在電動汽車、混合動力汽車和儲能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的電子電導(dǎo)率低導(dǎo)致其在高倍率下電化學(xué)性能較差，而且在電池充放電過程中會產(chǎn)生脹氣問題，這些都嚴(yán)重地影響了電池的循環(huán)壽命，并限制了鈦酸鋰的實際應(yīng)用。

為了適應(yīng)電池的發(fā)展需求，需要開發(fā)新型的鈦酸鹽體系的負極材料。新型負極材料能夠極大程度提高鈦酸鋰材料的電子電導(dǎo)率，改善其倍率性能，同時在一定程度上改善其脹氣問題。這種高電導(dǎo)率、低脹氣的鈦酸鹽材料在鋰離子電池儲能領(lǐng)域和啟停電源領(lǐng)域具有很大應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種新型的鈦鎂鉻酸鋰的合成方法及其作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用。

一種鈦鎂鉻酸鋰的合成方法，其步驟如下：

(1)將鈦源溶于醇溶液中形成鈦溶液；

(2)將鋰源、鎂源、鉻源加入去離子水中，配制成混合溶液；

(3)在攪拌狀態(tài)下，將混合溶液加入到鈦溶液中，充分混合均勻得復(fù)合溶液；

(4)將復(fù)合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，于170-190℃條件下加熱至少24h，經(jīng)過抽濾干燥后得到前驅(qū)體；

(5)將前驅(qū)體在空氣氣氛下、溫度為500-700℃的條件下煅燒至少12h，得到負極材料鈦鹽。

進一步方案，所述負極材料鈦鹽的分子式為Li_4-xTi₄Mg_xCrO₁₂，其中0.9≤x≤1.1。

進一步方案，所述鈦、鋰、鎂、鉻的元素摩爾質(zhì)量比為4：(3-3.15)：(0.95-1.05)：1。

進一步方案，所述鈦源為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、四氯化鈦中的一種或者多種。

進一步方案，所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、草酸鋰中的一種或多種。

進一步方案，所述鎂源為乙酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或者多種。

進一步方案，所述鉻源為硝酸鉻、乙酸鉻中的一種或兩種。