[發明專利]一種堿金屬二次電池負極活性材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711287587.9
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108172780B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 陳人杰;羅銳;謝嫚;馬一添;周佳輝;吳鋒;李麗
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/52;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔;仇蕾安

1.一種堿金屬二次電池負極活性材料，其特征在于：所述負極活性材料為全包覆的球形核殼結構，殼為納米二氧化鈦，核為納米三氧化二鐵和納米鐵顆粒的混合物，納米鐵顆粒分布在核的最外層；鐵元素與鈦元素的質量比為5-15：1；

所述的堿金屬二次電池負極活性材料的制備方法步驟如下：

(1)將表面活性劑溶于乙二醇中，表面活性劑濃度為0.1-2g/L，磁力攪拌30-360min使之溶解；磁力攪拌下，加入鐵鹽，繼續攪拌至完全溶解一段時間，得到混合溶液1；

(2)將混合溶液1在60-220℃下回流反應30-360min，攪拌速度為200-1200r/min，反應結束后，在120-180℃下水熱反應6-24h，離心，沉淀用乙醇洗滌后，60-80℃烘干，得到前驅體顆粒；

(3)將鈦鹽溶于乙醇中，鈦鹽與乙醇的質量比為1:4-8，得到混合溶液2；

(4)將步驟(2)得到的前驅體顆粒溶于混合溶液2中，前驅體顆粒與混合溶液2的質量比為3-10:1，60-120℃攪拌至乙醇完全揮發，得到中間產物；

(5)將中間產物在300-600℃下燒結1-6h，升溫速率為1-5℃/min，得到一種堿金屬二次電池的負極活性材料。

2.如權利要求1所述的一種堿金屬二次電池負極活性材料，其特征在于：所述負極活性材料的球形顆粒尺寸為200-300nm。

3.如權利要求1所述的一種堿金屬二次電池負極活性材料，其特征在于：所述納米二氧化鈦殼為無定形結構或者銳鈦礦結構。

4.如權利要求1所述的一種堿金屬二次電池負極活性材料，其特征在于：所述納米二氧化鈦殼的厚度為5-100nm。

5.一種如權利要求1～4任意一項所述的堿金屬二次電池負極活性材料的制備方法，其特征在于：所述方法步驟如下：

(1)將表面活性劑溶于乙二醇中，表面活性劑濃度為0.1-2g/L，磁力攪拌30-360min使之溶解；磁力攪拌下，加入鐵鹽，繼續攪拌至完全溶解一段時間，得到混合溶液1；

(2)將混合溶液1在60-220℃下回流反應30-360min，攪拌速度為200-1200r/min，反應結束后，在120-180℃下水熱反應6-24h，離心，沉淀用乙醇洗滌后，60-80℃烘干，得到前驅體顆粒；

(3)將鈦鹽溶于乙醇中，鈦鹽與乙醇的質量比為1:4-8，得到混合溶液2；

(4)將步驟(2)得到的前驅體顆粒溶于混合溶液2中，前驅體顆粒與混合溶液2的質量比為3-10:1，60-120℃攪拌至乙醇完全揮發，得到中間產物；

(5)將中間產物在300-600℃下燒結1-6h，升溫速率為1-5℃/min，得到一種堿金屬二次電池的負極活性材料。

6.如權利要求5所述的一種堿金屬二次電池負極活性材料的制備方法，其特征在于：所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮-K30、十六烷基三甲基溴化銨或乙二胺四乙酸。

7.如權利要求5所述的一種堿金屬二次電池負極活性材料的制備方法，其特征在于：所述鐵鹽為Fe(NO₃)₃·9H₂O或FeCl₃；所述鈦鹽為異丙醇鈦、鈦酸四丁酯或四氯化鈦。

8.一種鈉離子二次電池，其特征在于：所述電池的負極活性材料為權利要求1～4任意一項所述的一種堿金屬二次電池的負極活性材料。

9.一種鋰離子二次電池，其特征在于：所述電池的負極活性材料為權利要求1～4任意一項所述的一種堿金屬二次電池的負極活性材料。