[發明專利]鈉離子電池鈦基復合相負極活性材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910264816.8
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN111785927A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 胡勇勝;丁飛翔;陸雅翔;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種鈉離子電池的鈦基復合相負極活性材料，其特征在于，所述鈦基復合相負極活性材料的化學通式為:Na_xLi_yAl_zTi_1-y-z0_2-δ；其中，0.5≤x≤0.67，0.02≤y≤0.25，0.1≤z≤0.35，0≤δ≤0.05；所述鈦基復合相負極活性材料的主相為P2相物質，空間群為P63/mmc。

2.根據權利要求1所述的鈦基復合相負極活性材料，其特征在于，所述鈦基復合相負極活性材料還具有包覆層；

所述包覆層包括：碳層、氮摻雜的碳、金屬層、氮化物層、氧化物層和高分子聚合物層中的一種或多種；每種包覆層的厚度各自獨立地為1-15nm。

3.根據權利要求1所述的鈦基復合相負極活性材料，其特征在于，所述鈦基復合相負極活性材料的化學通式中，0.6≤x≤0.67，0.05≤y≤1/6，0.1≤z≤0.35，0≤δ≤0.02。

4.一種如上述權利要求1-3任一所述的鈦基復合相負極活性材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為固相法，包括：

將所需鈉的化學計量102wt％-110wt％的碳酸鈉、所需鋰的化學計量102wt％-105wt％的鋰源、所需化學計量鈦的氧化物和Al的氧化物、氫氧化物或有機物按比例混合，加入無水乙醇研磨均勻后得到前驅體粉末；所述鋰源包括碳酸鋰、氫氧化鋰和草酸鋰中的一種或多種；

將所得前驅體粉末壓片置于坩堝內于800-1000℃下處理10-24小時，降到室溫后研磨即得所述鈦基復合相負極活性材料。

5.一種如上述權利要求1-3任一所述的鈦基復合相負極活性材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為噴霧干燥法，包括：

按照所需化學計量比稱取適量的鈉鹽、鋰鹽、含Al離子的硝酸鹽、乙酸鹽或有機物和檸檬酸，溶于去離子水中形成第一溶液，然后將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇形成第二溶液，在攪拌過程中將所述第一溶液加入所述第二溶液，混合均勻形成漿料；

將所得漿料注入噴霧干燥器內進行噴霧干燥，得到前驅體；

將所得前驅體置于坩堝中，先于250-500℃預處理1-5小時，再將預處理得到的粉末研磨后，壓片置于坩堝中在800-1000℃下處理10-20小時，研磨后即得所述鈦基復合相負極活性材料。

6.一種如上述權利要求1-3任一所述的鈦基復合相負極活性材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為溶膠-凝膠法，包括：

按照所需化學計量比稱取鈉離子、鋰離子、鋁離子的可溶性鹽和適量檸檬酸溶于去離子水中形成第一溶液，然后將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇形成第二溶液，在攪拌過程中將所述第一溶液加入所述第二溶液，混合均勻形成漿料；

將所得漿料在油浴鍋內加熱蒸干形成干凝膠；

將所得干凝膠置于坩堝中，先于250-500℃預處理1-5小時，再將預處理得到的粉末研磨后，壓片置于坩堝中在800-1000℃下處理10-20小時，研磨后即得所述鈦基復合相負極活性材料。

7.一種鈉離子二次電池的電極材料，其特征在于，所述電極材料包括：導電添加劑、粘結劑和上述權利要求1-3任一所述的鈦基復合相負極活性材料。

8.根據權利要求7所述的鈉離子二次電池的電極材料，其特征在于，所述導電添加劑包括：碳黑、乙炔黑、石墨粉、碳納米管、石墨烯、氮摻雜碳中的一種或幾種；

所述粘結劑包括聚偏二氟乙烯PVDF、海藻酸鈉、梭甲基纖維素鈉CMC、丁苯橡膠SBR中的一種或幾種。

9.一種鈉離子二次電池的負極極片，其特征在于，所述負極極片包括如上述權利要求7所述的電極材料。

10.一種包括上述權利要求9所述的負極極片的鈉離子二次電池。