[發明專利]氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧/碳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910221605.6
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109888245B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 夏新輝;鄧盛玨;周榮帆;涂江平;王秀麗
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明公開了一種氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧(Ti₂Nb₁₀O_29?x)/碳復合材料及其制備方法和應用，通過水熱法和高溫燒結方法，制備Ti₂Nb₁₀O₂₉，最后通過在乙炔中高溫燒結獲得Ti₂Nb₁₀O_29?x@C目標產物，目標產物具有較大的比表面積，Ti₂Nb₁₀O_29?x@C納米顆粒能增大電解液與電極的接觸面積，提供更大更有效的活性反應面積，同時，加快了電子傳導速率，提高了電化學性能。本發明Ti₂Nb₁₀O_29?x@C材料具有高循環壽命、高能量和功率密度特點，特別適合作為鋰離子電池負極材料，在移動通訊、電動汽車、太陽能發電和航空航天等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，具體涉及一種氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧/碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

電子產品消費市場的迅速擴大使得對于高性能、高穩定電池材料的需求大大增加。鈮酸鈦儲鋰材料具有好的儲鋰結構，從而決定了其擁有好的電化學性能。目前主要使用的負極材料包括石墨和鈦酸鋰等，但都存在著嚴重的問題，石墨由于其低的電壓平臺容易形成SEI(Solid Electrolyte Interphase，固體電解質界面)膜造成鋰枝晶，可能引起爆炸，而鈦酸鋰雖因電壓平臺較高而不會生成SEI膜，但其低理論容量(175mAh g^-1)使得儲能表現不夠理想。與這些常見的負極材料相比較，鈮酸鈦化合物具有更大的理論容量和相對安全穩定性。但鈮酸鈦化合物同樣存在著一些缺點，比如其電子電導率低、鋰離子擴散系數較小等。

發明內容

本發明的目的在于針對目前安全性能不高的石墨和理論容量較低的鈦酸鋰鋰離子電池負極材料，提供一種氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧(Ti₂Nb₁₀O_29-x)/碳復合材料及其制備方法和應用，該Ti₂Nb₁₀O_29-x@C電極材料兼具有高功率密度，高能量密度，以及高安全穩定性。

一種氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧(Ti₂Nb₁₀O_29-x)/碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將五氯化鈮和鈦酸異丙酯溶于無水乙醇溶液，攪拌混合均勻形成混合溶液，加入到聚四氟乙烯高壓釜中，密封并加熱，水熱溫度為140℃-220℃，水熱時間為4-28小時，冷卻后，將樣品取出，洗滌干燥，得到中間產物，將中間產物在管式爐中600-900℃條件下燒結0.5-4小時，得到目標前驅物(Ti₂Nb₁₀O₂₉)；

2)將步驟1)得到的目標前驅物(Ti₂Nb₁₀O₂₉)放入管式爐中并通入乙炔氣體200-900℃條件下燒結1-5小時，得到氧空位和碳包覆調節的鈦鈮氧/碳復合材料(即Ti₂Nb₁₀O_29-x@C材料)。