[發明專利]鎳鈦合金誘導生成花狀多級結構三氧化鉬材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810858272.3
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN109244382B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 袁斌;閆鈺;胡仁宗;楊黎春;劉軍;朱敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 向玉芳

本發明公開了鎳鈦合金誘導生成花狀多級結構三氧化鉬材料及其制備方法與應用。該制備方法先將(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O水溶液與HNO₃均勻混合；接著向上述水溶液中加入60～120nm的球形或近球形鎳鈦合金粉末，混合均勻后將該溶液轉移至四氟乙烯內襯高壓反應釜中，并在150～210℃反應3～24小時；反應結束冷卻至室溫后，離心收集反應產物，并用水和乙醇分別洗滌數次，然后將產物真空干燥，得到花狀多級結構三氧化鉬材料。本發明制備方法可控性強，操作簡單，可用于鋰離子二次電池電極材料的大規模生產，并可顯著提高電極材料的循環和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種花狀多級結構三氧化鉬(MoO₃)材料、制備方法與應用，屬于納米功能材料和鋰離子二次電池領域。

背景技術

鋰離子電池(Lithium ion batteries,LIBs)是由負極(也稱陽極)和正極(陰極)材料組成，通過Li離子在正負極之間往復的嵌入和脫出運動實現電能儲存的一種可充電能量存儲裝置。在放電期間，Li離子(Li⁺)通過非水電解質和隔膜將電流從陽極傳輸到陰極；而在充電期間，該過程則向相反方向進行。

LIBs具有能量密度高(比容量高)、重量輕、壽命長、無記憶效應等優點。鋰離子電池的比容量主要由正極和負極材料所決定。但目前商用鋰離子電池中使用的負極材料石墨的理論容量(～372mAh g^-1)和放電電位(～0.1V vs.Li/Li⁺，容易過充，造成鋰枝晶沉積，形成短路)均相對較低，所以其并不能滿足人們對下一代鋰離子電池的需求(更高容量、更高壽命和更高安全性)。因此，需要開發出具有高比容量、放電電位適中且具有良好循環性能的替代負極材料。在各種備選負極材料中，過渡金屬氧化物MoO₃因具有高的理論比容量(1117mAh g^-1)，適中的放電電位(～0.45V)，易于制備，成本低和環境友好等特點而受到極大關注。然而，目前MoO₃負極材料還難以取代石墨，這主要是因為還有一些關鍵問題有待解決，包括導電性較差，在充電/放電過程中，特別是在高放電/充電速率下，會發生劇烈的體積變化，最終引起負極材料粉化和脫落，從而導致可逆容量和循環性能迅速下降。目前解決上述問題的方法主要包括納米電極的制備，高導電復合材料的設計以及形態可控負極材料的構建。各種改進方法的目的均是為了能夠給Li⁺和電子快速傳輸提供有效通道，以及通過設計電極材料結構來緩解充放電過程產生的巨大體積變化，從而避免對負極材料結構造成破壞，提供循環穩定性。

納米電極是指將負極材料細化至納米級別，其目的是為了減少充放電過程中粉末顆粒的絕對體積變化，同時縮短Li⁺的擴散距離，從而提升循環性能和倍率性能。但是，單純的納米負極材料容易團聚，且比表面積大，每個納米顆粒都會與電解液反應生成SEI(solidelectrolyte interface)膜，從而消耗鋰源，造成容量下降。

高導電復合材料是指通過一定方式，將基體材料與導電性物質(如石墨烯、金屬等)復合到一起所構成的負極材料。導電性物質的引入能夠增強負極材料的導電性，從而提升循環性能，這是目前使用的最為普遍的一種方法。但該方法對容量的提升程度有限，在多次循環后，亦會發生電極的粉化。

形貌可控負極是指在反應體系中添加表面活性劑或軟/硬模板，合成以納米顆粒為基元的，并可組裝成具有特殊微米級多級結構的負極材料。該方法是通過構建多級結構來實現緩解體積變化和減少SEI膜生成的目的，同時有利于Li⁺的快速嵌入，從而可提供高容量，良好的循環穩定性和倍率性能。例如使用二氧化硅、有機類物質作為模板，可合成各種微米級多孔、中空、花狀負極顆粒。然而，該方法通常需要在反應后將模板除去，且添加的表面活性劑均為高分子類絕緣材料，需要進一步與導電材料進行復合，不利于實際應用和生產。