[發(fā)明專利]MoS2碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料及其制備和鋰電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710494620.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN107275614A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱文婷;楊塵;楊茂萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥市長(zhǎng)遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙)34119
• 代理人: 段曉微,葉美琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料及其制備和鋰電池。

背景技術(shù)

目前，電動(dòng)汽車已成為緩解石油消耗和解決環(huán)境污染的有效方式之一。而發(fā)展電動(dòng)車的核心則是安全、高效的儲(chǔ)能二次電池。目前，電動(dòng)車或混合電動(dòng)車中主要使用鉛酸和鎳氫電池，由于使用壽命短，容易污染環(huán)境，逐步被安全高效的鋰離子電池取代。鋰離子電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型二次儲(chǔ)能電池。由于具有高能量、長(zhǎng)壽命、低能耗、無(wú)公害、無(wú)記憶效應(yīng)以及自放電小、內(nèi)阻小、性價(jià)比高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車的主要障礙是電池的安全性、能量密度、功率密度以及高功率充放電循環(huán)性能，而制約上述性能的關(guān)鍵因素是電池所使用的電極材料。目前所研究的鋰離子動(dòng)力電池通常以磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰為正極材料，碳材料為負(fù)極材料，雖然上述三種正極材料本身的安全性能較好，但是在電池非正常狀態(tài)使用時(shí)嵌鋰碳負(fù)極材料會(huì)與電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱和可燃性氣體，導(dǎo)致電池失效，甚至爆炸。用碳材料為負(fù)極的大容量高功率型鋰離子動(dòng)力電池的安全問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決，嚴(yán)重制約了其在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，所以如何解決鋰離子動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題已經(jīng)成為困擾其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的根本性問(wèn)題，也是阻礙電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題。

解決鋰離子動(dòng)力電池安全性問(wèn)題的關(guān)鍵是用更加安全、與電解液反應(yīng)活性更小的負(fù)極材料替代碳負(fù)極材料。鈦酸鋰(Li4Ti5O12)作為一種新型負(fù)極材料具有很多優(yōu)點(diǎn)：零應(yīng)變，循環(huán)性能優(yōu)異；較高的氧化還原電位(1.5VvsLi)，不與常用電解液發(fā)生反應(yīng)，安全性好；環(huán)境友好，容易制備，成本低等。但鈦酸鋰的電導(dǎo)率低，導(dǎo)致其高倍率性能差，這極大制約了其推廣與應(yīng)用，尤其在動(dòng)力電池這一全球矚目的領(lǐng)域，材料的高倍率工作特性是決定其能否大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，因此提高鈦酸鋰的高倍率性能成為目前研究者關(guān)注的核心課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料及其制備和鋰電池，所述復(fù)合負(fù)極材料高倍率性好，可保證材料在高倍率下能夠充分進(jìn)行充放電。

本發(fā)明提出的一種MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料，包括碳納米管鈦酸鋰復(fù)合材料，及包覆碳納米管鈦酸鋰復(fù)合材料的MoS₂。

其中，MoS₂作為一個(gè)典型的層狀過(guò)渡金屬硫化物，具有高比表面、結(jié)構(gòu)的靈活性等獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在許多領(lǐng)域得到的關(guān)注大大增加。本發(fā)明首次將層狀MoS₂作為包覆材料應(yīng)用于改性碳納米管鈦酸鋰復(fù)合材料，通過(guò)第一性原理可知：由于層狀MoS₂的包覆，極大地提高了材料界面的穩(wěn)定性，有效增強(qiáng)碳納米管鈦酸鋰復(fù)合材料的高倍率性能。

第一性原理是根據(jù)原子核和電子互相作用的原理及其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)用量子力學(xué)原理，從具體要求出發(fā)，經(jīng)過(guò)一些近似處理后直接求解薛定諤方程的算法，第一性原理是從頭計(jì)算，不需要任何參數(shù)，只需要一些基本的物理常量，就可以得到體系基態(tài)的基本性質(zhì)的原理。

優(yōu)選地，所述MoS₂在MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料中所占的比例為0.5-5wt％。

本還公開的一種MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鋰源、鈦源、碳納米管加入水中分散，得到溶液A；

S2、向鉬酸鹽溶液中加入硫源后，再加入溶液A超聲處理，得到溶液B；

S3、將溶液B采用液相法處理，干燥，得到前驅(qū)體；

S4、將前驅(qū)體保護(hù)氣氛中煅燒，冷卻，得到MoS₂碳納米管鈦酸鋰復(fù)合負(fù)極材料。

優(yōu)選地，在S1中，分散過(guò)程采用高速混合機(jī)攪拌，其中攪拌速度為1400-1500rpm，攪拌分散時(shí)間為3-5min。

優(yōu)選地，在S1中，鋰源為碳酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、乙酸鋰、磷酸鋰、氫氧化鋰的一種或多種，鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四乙酯、鈦酸甲酯、偏鈦酸、銳鈦礦二氧化鈦中的一種或多種；

優(yōu)選地，在S1中，鋰源中的Li和鈦源中的Ti的摩爾比為0.80-0.86：1。

優(yōu)選地，在S1中，碳納米管為雙壁碳納米管、多壁碳納米管、真空高溫處理的多璧碳納米管或石墨化碳納米管；