[發明專利]一種穩定化合物鋰離子電池負極材料α-Ga2O3及制備方法

有效

• 申請號: 201711205177.5
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107732221B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 倪世兵;陳啟長;鄭斌;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種穩定化合物鋰離子電池負極材料，該材料的活性部分包括α?Ga₂O₃。所述的α?Ga₂O₃由大量的微米方塊組成，方塊長度為1?1.5μm，寬和高為200?800 nm。具體方法是將硝酸鎵，六次甲基四胺，硫酸鈉，檸檬酸于容器中，加去離子水，攪拌至全部溶解，將溶液轉移至水熱內膽中，添加去離子水；將內膽固定后在鼓風烘箱中水熱反應得到前驅體；將前驅體烘干后于管式爐中燒結得到α?Ga₂O₃。所得α?Ga₂O₃可用于鋰離子電池負極，能夠顯示良好好的電化學性能特性，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一類新型鋰離子電池負極，特別涉及一種化合物Ga₂O₃制備方法，屬于電化學電源領域。

技術背景

能源是社會經濟發展的支撐，傳統的化石能源如煤、石油、天然氣等能源的大量消耗，帶來了嚴重的環境污染問題。研發高性能的能量轉換器件和儲能設備是利用具有隨機性、間歇性特點的新型清潔能源和可再生清潔能源的必然選擇。鋰離子電池憑借其清潔高效、質量輕、能量密度大和循環壽命長等優點，成為了一種理想的儲能器件，受到廣泛研究。

研發高性能鋰離子電池的關鍵在于研制高性能電池材料。其中，過渡族金屬氧化物基于一種特殊的氧化/還原機理，作為鋰離子電池負極材料顯示了較高的理論容量和良好的循環性能。此外，由于金屬氧化物具有含量豐富，合成方法簡單，穩定性好，便于儲存等優點，受到了廣泛的研究。研發新型過渡族金屬氧化物負極材料一直都是鋰離子電池材料研究的重要方向和熱點之一。此類轉換機理不僅適用于氧化物體系，還同樣適用于硫化物，磷化物，氮化物體系。最近研究表明，無定型氮化鎵作為鋰離子電池負極材料顯示了優異的電化學性能，其充/放電機理為氧化/還原反應。然而，氮化鎵制備工藝復雜，大規模制備困難，這不利于其廣泛應用。開發合成方法更為簡單的氮化鎵類似物（如氧化鎵，硫化鎵等）有望實現大規模應用。到目前為止，關于氧化鎵，硫化鎵在鋰離子電池中應用的研究尚未見報道，極具研究意義和實用價值。

Ga₂O₃是一種半導體材料，其研究主要集中在光學性質方面。長期從事半導體材料發光研究的人員對其電學性能、鋰離子擴散等性質并不熟悉，以致于難以類推其應用到儲能電化學領域。基于以上背景，本專利發明一種簡易方法制備α-Ga₂O₃并首次探索其作為鋰離子電池負極的電化學性能。明顯的充、放電平臺和良好的電化學性能表明α-Ga₂O₃可作為一種潛在的新型鋰離子電池負極材料。

發明內容

本發明涉及一種新型鋰離子電池負極材料α-Ga₂O₃及其制備方法。良好的電化學性能表明α-Ga₂O₃在鋰離子電池中具有潛在應用價值。

α-Ga₂O₃負極材料的具體制備方法如下：

（1）先稱取適量硝酸鎵，六次甲基四胺，硫酸鈉，檸檬酸于容器中；六次甲基四胺作為緩沖液并提供弱堿性環境，硫酸鈉促進產物結晶，檸檬酸調節溶液pH值并促使產物粒徑細化，硝酸鎵、六次甲基四胺、硫酸鈉、檸檬酸摩爾比為1：1：0.5~2：1~10；

（2）向容器中添加去離子水，攪拌20分鐘至藥品全部溶解，將溶液轉移至水熱內膽中，添加去離子水至內膽體積的80%；

（3）用外稱將內膽固定后在80~220℃的鼓風烘箱中水熱6~48 h得到前驅體；

（4）將前驅體在60℃烘箱中烘干后于300℃~500℃管式爐中空氣或者氮氣條件下燒結3~12 h得到α-Ga₂O₃。