[發明專利]一種多孔限域多金屬復合氧化物材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010023063.4
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN113097454B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 黃富強;劉子超;董武杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種多孔限域多金屬復合氧化物材料及其制備方法和應用，所述多孔限域多金屬復合氧化物材料的結構通式為A_eO_f@M_xO_y?z；所述M_xO_y?z為有序的單晶、準單晶、或孿晶結構，具有多孔結構，且A_eO_f限域沉積于M_xO_y?z的多孔結構之中形成復合結構；1≤x≤2，1≤y≤5，0.1≤z≤0.9，1≤e≤3，1≤f≤4；其中，A選自鐵元素、鎳元素、鈷元素、錳元素、鉻元素、鋅元素、錫元素中的至少一種；M選自鈮元素、鉬元素、鈦元素、釩元素、鎢元素、鉭元素、鋯元素中的至少一種。

技術領域

本發明涉及一種電化學儲能材料，具體涉及一種多孔限域多金屬復合氧化物材料及其制備方法和應用，屬于材料制備領域。

背景技術

能源危機席卷全球，傳統化石能源的污染性和不可再生性得到全世界的廣泛認可和重視。在此背景下，電化學儲能技術獲得工業界和學術界的廣泛重視，并取得長足發展。鋰離子電池和超級電容器是電化學儲能領域的最新技術，1989年日本SONY公司首次提出以LiCoO₂作Li源正極，石油焦作負極，LiPF₆溶于丙烯碳酸酯和乙烯碳酸脂作電解液，開發出新型鋰離子電池，并于1991年成功實現商業化。相比于傳統的二次電池，鋰離子電池具有開路電壓高，能量密度大和工作壽命長等優點，可應用于手機、攝像機、筆記本電腦等便攜電子設備與軍事裝備和醫療設備等領域。目前鋰離子電池正在向電動汽車、大規模儲能等新領域發展，但其穩定性、安全性、能量密度、功率密度未能滿足實際應用要求，因此需開發高性能新型儲能材料，進一步擴大其應用市場。

負極材料作為鋰離子電池的關鍵組成，從而引起廣泛關注，目前商業化鋰離子電池的負極材料主要包括性能更加穩定的人造石墨(天然改性石墨、中間相碳微球)，硅碳復合材料和鈦酸鋰。其中六方層狀結構的石墨材料和硅碳復合負極材料，在低電池使用倍率下已接近材料的最大理論容量，循環壽命可以達到500次以上，可以基本滿足便攜式電子設備的電池需求，但在電動汽車等新型領域，石墨或硅碳負極會由于負極表面無法形成穩定SEI而降低庫侖效率。在高倍率工作條件下長時間循環，因電極材料粉化、脫落而使電池完全失活，導電性差與體積效應等問題使得電池的容量衰減。鈦酸鋰具有“零應變”脫嵌鋰結構、長循環壽命和較高安全性的優點。鈦酸鋰晶體的三維孔道結構為鋰離子擴散提供通道的同時還能保持脫插鋰過程中結構的穩定，其1.55V附近的工作電位抑制了SEI膜的生成，并且鈦酸鋰脫插鋰前后的體積變化罕見地不到1％，能夠實現長壽命高穩定的優勢(Ultrathin Li₄Ti₅O₁₂ Nanosheet Based Hierarchical Microspheres for HighRateand Long-Cycle Life Li⁺Ion Batteries.Advanced Energy Materials，2017,7(21):1700950.)。但因只有約60％鈦(Ⅳ)可被還原導致的較低理論容量(175mA h g^-1)限制了鈦酸鋰電池的應用。因此，開發一種新型的兼具高倍率充放電穩定性和較大容量的電極材料迫在眉睫。