[發明專利]用于鋰離子電池的改性三氟氧鈦酸銨的制備及應用

有效

• 申請號: 202010013355.X
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111193022B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 劉延國;江楠;孫宏宇;王小亮;王志遠
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李晴

一種用于鋰離子電池的改性三氟氧鈦酸銨的制備及應用，屬于新能源材料制備技術領域；所述制備方法具體包括：NH₄TiOF₃負極材料的制備和改性NH₄TiOF₃負極材料的兩個步驟。本發明方法制備出的TiO₂前驅體?NH₄TiOF₃，呈均勻藥片狀形貌，二級粒子直徑為10μm，厚度為1μm。采用本發明方法制備的改性NH₄TiOF₃的鋰離子電池，在1～3V電壓區間進行充放電實驗，最高容量可以達到182mAhg^?1，并展示出優異的循環穩定性；在電流密度為1Ag^?1時循環2000圈后，可以保持128.6mAhg^?1的可逆容量；在20Ag^?1的高電流密度下可保持89.6mAhg^?1的可逆容量。

技術領域

本發明屬于新能源材料制備技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池負極材料的TiO₂前驅體-NH₄TiOF₃的制備、改性方法及應用。

背景技術

鋰離子電池因其良好的循環性能、較高的能量密度及較高的安全性等特點而被廣泛地應用于便攜電子產品領域，電動車、混合動力車的車用蓄電池等，應用前景十分廣闊。鋰離子電池中，負極材料是非常重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關鍵。其中TiO₂基材料具有成本低、環境友好而且其體積膨脹系數較小，在充放電過程中體積變化不明顯(4％)，可以有效的防止鋰在脫嵌過程中由于體積變化所引起的結構破壞。另外其放電平臺較高，能夠在一定程度上抑制SEI膜和鋰枝晶的產生，因此其安全性能更高，能夠滿足動力能源汽車對其安全性的要求。然而，TiO₂基材料電子電導率低，離子擴散系數小，在高電流密度下電解質/電極界面電阻增大，限制了TiO₂基材料的應用。

為了解決TiO₂基負極材料的上述缺點，研究學者發現將納米材料結構進行多尺度構筑可以防止納米材料在循環過程中的團聚現象，提高材料的電子電導率并且增加離子擴散系數。另外，表面/界面結構的設計也是改善材料性能的有效方法之一。本發明采用NH₄TiOF₃作為負極材料，其內部為納米尺寸的小顆粒，可以增加NH₄TiOF₃電極材料與電解液的接觸面積，有利于電子和離子的傳輸，二級結構為微米尺寸可以有效的緩解NH₄TiOF₃在充放電過程中的團聚。再對其進行退火改性，獲得的界面結構之間的內置電場可以加快鋰離子擴散動力從而提高其倍率能力。電池在1～3V電壓區間下進行充放電實驗，其在20Ag^-1的高電流密度下保持89.6mAhg^-1的可逆容量，并且展示出了優異的循環性能和良好的容量保持率。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種用于鋰離子電池負極材料的TiO₂前驅體-NH₄TiOF₃的制備方法、改性方法及應用，采用改性NH₄TiOF₃為鋰離子電池負極材料的鋰離子電池能夠實現優良的循環性能及倍率性能，并具有反應條件溫和、綠色環保等特點。

本發明的一種用于鋰離子電池的改性三氟氧鈦酸銨的制備方法，其中三氟氧鈦酸銨即為NH₄TiOF₃，按照以下步驟進行：

步驟1、NH₄TiOF₃的制備：

(1)將一定量的氟化銨加入到相應體積的去離子水中，待氟化銨溶解完全后依次加入乙二醇和硫酸氧鈦-硫酸水合物，將混合物攪拌均勻形成均勻的溶液；