[發(fā)明專利]一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711251183.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108155374A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張策;崔方明;齊云川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明涉及一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料及其制備方法，屬于電極材料制備技術(shù)和能源領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：(1)將鈦源、鋁鹽、鹽酸和無(wú)水乙醇按照一定的摩爾比例混合得到第一反應(yīng)溶液；(2)將一定量的表面活性劑溶于無(wú)水乙醇中得到第二反應(yīng)溶液；(3)將所述第一反應(yīng)溶液與所述第二反應(yīng)溶液混合攪拌，加熱陳化獲得干凝膠；(4)將干凝膠置于馬弗爐中熱處理，即得到鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦。本發(fā)明制得的二氧化鈦材料具有良好的穩(wěn)定性，高比表面積，高電導(dǎo)率，以及優(yōu)良的電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，可用于鋰離子電池的負(fù)極并適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前鋰離子電池主要采用石墨作為負(fù)極材料，石墨負(fù)極具有較高的比容量(～370mAh/g)和較低的嵌鋰電位(～0.02-0.2vs Li/Li⁺)，相對(duì)于金屬鋰負(fù)極也具有很高的安全性和穩(wěn)定性。但是，石墨負(fù)極還存在一些問(wèn)題，首先，石墨負(fù)極在首次充放電時(shí)表面需要形成一層穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)膜，這對(duì)于電解液的成分提出了一定的要求，同時(shí)影響其熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。另外，在電池過(guò)充時(shí)，由于石墨的電極電位與金屬鋰接近，導(dǎo)致在其表面析出金屬鋰枝晶，造成電池短路等安全隱患。因此，開(kāi)發(fā)安全性和穩(wěn)定性更好的負(fù)極材料是目前鋰離子電池研究的重點(diǎn)。

二氧化鈦是一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料，具有價(jià)格低廉、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠作為一種高性價(jià)比的鋰離子的負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)鋰離子的可逆嵌入/脫出。另外，二氧化鈦在鋰離子的嵌入/脫出過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化小，不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的破壞；同時(shí)其反應(yīng)電位較高(～1.75V vs.Li⁺/Li)，不易形成SEI膜，大大提高了負(fù)極的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。但是，二氧化鈦材料的電導(dǎo)率很低，因此導(dǎo)致較低的可逆充放電容量和倍率性能。納米化二氧化鈦能夠減小晶體顆粒尺寸并提高材料比表面積，縮短鋰離子的傳輸距離并增大電極材料與電解液之間的接觸面積，在一定程度上提高其電化學(xué)性能。但是，納米材料容易發(fā)生團(tuán)聚，同時(shí)其多孔結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞，影響其充放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

為了改善納米二氧化鈦材料的電化學(xué)性能，研究人員嘗試了各種改性方法，包括貴金屬沉積、離子摻雜、表面修飾等等。但是，目前文獻(xiàn)報(bào)道的介孔二氧化鈦納米材料制備技術(shù)存在著制備過(guò)程復(fù)雜、納米顆粒尺寸較大、介孔結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。為了進(jìn)一步提高納米二氧化鈦材料電化學(xué)活性，同時(shí)簡(jiǎn)化材料制備方法，本發(fā)明提出一種納米介孔鋁摻雜二氧化鈦材料的制備方法，通過(guò)離子摻雜改性減小納米顆粒尺寸并提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，并可以作為鋰離子電池的負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料及其制備方法，該方法針對(duì)二氧化鈦負(fù)極導(dǎo)電性差、作為負(fù)極材料傳導(dǎo)性能不佳等問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高納米二氧化鈦材料的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)在鋰離子電池上的應(yīng)用，并且簡(jiǎn)化材料制備方法，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料，該負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)為介孔結(jié)構(gòu)，其組成為鋁離子摻雜的二氧化鈦。

一種鋁離子摻雜的介孔二氧化鈦鋰電池負(fù)極材料的制備方法，該方法制備的鋰離子電池負(fù)極材料粒徑小且電化學(xué)性能好，生產(chǎn)流程短；該方法的步驟包括：

(1)將鈦源化合物、鋁鹽、鹽酸和無(wú)水乙醇進(jìn)行混合，室溫條件下，攪拌均勻后，得到第一反應(yīng)溶液；

(2)將表面活性劑和無(wú)水乙醇進(jìn)行混合，室溫條件下，攪拌均勻后，得到第二反應(yīng)溶液；

(3)將步驟(1)得到的第一反應(yīng)溶液和步驟(2)得到的第二反應(yīng)溶液進(jìn)行混合，攪拌，獲得均勻的淺黃色溶膠；然后將得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，并在加熱條件下陳化，獲得淺黃色透明干凝膠，并將獲得的干凝膠從培養(yǎng)皿中取出；