[發(fā)明專利]一種石墨烯/LiTi2(PO4)3鋰電池負(fù)極材料及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810397079.4
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108666551A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶;趙海林
• 申請（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/36
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本發(fā)明屬于鋰電池制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃鋰電池負(fù)極材料及制備方法。本發(fā)明一種石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃鋰電池負(fù)極材料及制備方法，由于利用聚乙烯醇輔助的溶膠?凝膠法來取代傳統(tǒng)的高溫固相合成方法得到了納米尺度的大孔LiTi₂(PO₄)₃，材料顆粒較小，表面包覆石墨烯層后電導(dǎo)率有所提高，LiTi₂(PO₄)₃表現(xiàn)出良好的大電流充電的性能，在20C的充放電倍率下比容量仍保持85%以上。包覆層能夠讓鋰離子通過，從而有效阻止了電極材料與水的副反應(yīng)的發(fā)生，使得LiTi₂(PO₄)₃的循環(huán)性能得到大幅度提高，同時具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/LiTi₂(PO₄)₃鋰電池負(fù)極材料及制備方法。

背景技術(shù)

自 1990 年采用鋰離子嵌入化合物（碳和鈷酸鋰）和有機(jī)電解液的鋰離子電池商品化以來，以其高比能量的優(yōu)點(diǎn)，迅速占領(lǐng)小型電池市場，并已廣泛用于移動電話、筆記本電腦、攝像機(jī)等各種通訊器件。然而，盡管有機(jī)系鋰離子電池具有諸多優(yōu)勢，但其使用的有機(jī)溶劑不僅有毒而且易燃，如果使用不恰當(dāng)，會帶來很多安全性問題。此外生產(chǎn)成本也因無水操作環(huán)境而大大提高，這些不足大大限制了其在大型儲能電池中的應(yīng)用。為了解決鋰離子電池安全性的問題，一方面可以選擇高安全性的電極材料，或采用過充電保護(hù)劑，也可以加入不燃性電解液；另一個相對有效的方法是采用水溶液電解液，因為水溶液電解液比有機(jī)電解液的離子電導(dǎo)率提高了幾個數(shù)量級，電池的比功率可望得到提高。此外，還能避免采用有機(jī)電解液所必需的苛刻的組裝條件，大大降低了成本。由于水系鋰離子電池具有無環(huán)境污染、價格低廉、功率高和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，成為具有開發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代儲能器件。對水系鋰離子電池及其相關(guān)材料的研究也將成為電化學(xué)儲能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

水系鋰離子電池具有價格低廉，無環(huán)境污染，安全性能高，高功率等優(yōu)點(diǎn)，這種電池將來可望用于風(fēng)力、太陽能發(fā)電等能量儲存、智能電網(wǎng)峰谷調(diào)荷和短距離電動公交車等。1994年，Dahn研究組在美國Science雜志首次報道了一種用水溶液電解質(zhì)的鋰離子電池，負(fù)極采用VO2，正極采用 LiMn2O4，電解質(zhì)溶液為微堿性的Li2SO4溶液，其平均工作電壓1.5V，實(shí)際應(yīng)用中這種電池的能量密度接近40Wh/kg，大于鉛酸電池（30Wh/kg），與Ni-Cd電池相當(dāng)，但循環(huán)性能很差，使該種電池壽命較短。為了提高循環(huán)性能，提高電池充電次數(shù)，過去的許多研究集中在研究合適的電極材料上，以提高循環(huán)性能。復(fù)旦大學(xué)通過理論和實(shí)驗證實(shí)，在水和氧氣存在下，作為電池負(fù)極的電極材料會被氧氣氧化是造成水系鋰離子電池容量衰減的主要原因。

中國發(fā)明專利申請?zhí)?01510184862.9公開了一種水系鋰（鈉）離子電池混合負(fù)極材料。混合負(fù)極材料由：離子嵌入型化合物、導(dǎo)電材料、能可逆儲存堿金屬或堿土金屬離子的有機(jī)化合物或高分子聚合物三種類型材料按一定質(zhì)量比例混合而成；其混合方式包括原位生長以及各組成部分直接機(jī)械混合。以這種混合電極材料為負(fù)極組裝的水系鋰（鈉）離子電池具有長的循環(huán)壽命、大功率、高安全性、低成本和無環(huán)境污染的特點(diǎn)，特別適合于作為短距離電動汽車的動力電池和智能電網(wǎng)的儲能電池。