[發明專利]一種鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010188444.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111293302B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 楊書廷;賈偉曉;鄭延輝;董紅玉
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種鋰離子電池鈮酸鈦?鐵酸鋅復合負極材料及其制備方法，首先將鐵源和鋅源配成鐵鋅溶液，再加入沉淀劑調節溶液的pH呈堿性，再加入鈮源和鈦源分散形成鈮鈦鐵鋅溶液，使鈮鈦鐵鋅溶液發生液相反應生成前驅體，再對前驅體進行焙燒最終制得鋰離子電池鈮酸鈦?鐵酸鋅復合負極材料，其化學通式為xTiNb₂O₇·yZnFe₂O₄，其中x:y=0.05?10。本發明能夠較好地將鈮酸鈦和鐵酸鋅兩種材料混合均勻以充分發揮各自材料的優勢，通過材料之間的相互協同作用，有效提高該復合負極材料的容量、安全性和循環穩定性，制得的鋰離子電池在100個循環周期后仍保持大于750mAh/g的容量。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料及其制備方法。

背景技術

近年來隨著3C數碼產品、儲能、通信及新能源汽車領域的迅速發展，人們對鋰離子電池的性能要求越來越嚴苛。石墨負極和硅電極因為自身的缺陷使其使用范圍受到一定限制，因此，有必要提供一種新型的高容量高循環的負極材料，以推動鋰離子電池負極材料的發展。

鐵酸鋅(ZnFe₂O₄)作為一類過渡金屬氧化物表現出高容量的特征，但是純相ZnFe₂O₄材料的導電性較差，體積膨脹效應大，從而影響鋰離子電池的循環穩定性。而作為最具發展前景的鈮酸鈦負極材料，具有高的嵌脫鋰電位(約1.6V)，避免了鋰枝晶和SEI膜的生成，安全性較高，同時陳立泉院士課題組對鈮酸鈦的嵌脫鋰機制研究發現該材料具有非常穩定的循環性能及非常小的電壓滯環。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料及其制備方法，該方法在濕法條件下使其四種離子發生反應形成前驅體，而后通過高溫焙燒得到鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料，其特征在于該鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料是由鈮酸鈦納米顆粒和鐵酸鋅納米顆粒復合形成的二次顆粒，其化學通式為xTiNb₂O₇·yZnFe₂O₄，其中x:y＝0.05-10。

本發明所述的鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料的制備方法，其特征在于具體過程為：

步驟S1：將鋅源和鐵源溶于去離子水中，再置于磁力攪拌器上加熱攪拌混合均勻，再分別通過蠕動泵勻速泵入沉淀劑氫氧化鈉溶液和絡合劑氨水溶液直至溶液呈堿性得到鋅鐵溶液；

所述鋅源為硝酸鋅、硝酸鋅水合物、氯化鋅或醋酸鋅中的一種或多種；所述鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵、氯化鐵或氯化鐵水合物中的一種或多種；

步驟S2：將鈮源和鈦源加入去離子水中，攪拌0.5-2h后加入到步驟S1得到的鋅鐵溶液中，同時繼續分別通過蠕動泵勻速泵入沉淀劑氫氧化鈉溶液和絡合劑氨水溶液直至溶液呈堿性得到鈦鈮鋅鐵溶液，其中鈦源與鋅源的摩爾比為0.05-10:1；

所述鈮源為氧化鈮或氫氧化鈮中的一種或多種；所述鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、硫酸鈦、四異丙醇鈦或銳鈦礦型二氧化鈦中的一種或兩種；

步驟S3：將步驟S2得到的鈦鈮鋅鐵溶液于120-220℃液相反應12-36h得到前驅體，再將前驅體在空氣氣氛中以1-5℃/min的升溫速率升溫600-900℃保溫2-15h，再自然冷卻至室溫，過篩得到鋰離子電池鈮酸鈦-鐵酸鋅復合負極材料。

進一步優選，步驟S1中所述鋅源與鐵源的摩爾比為1:1.8-2.2，所述鋅鐵溶液中鋅源和鐵源的總摩爾濃度為1-2mol/L，所述鋅鐵溶液的pH值為8-11。