[發明專利]一種組合物、制備方法及其在電極材料領域的應用

在審

• 申請號: 202010599997.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN112310365A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 周明杰;俞兆喆
• 申請（專利權）人: 深圳市海洋王照明工程有限公司;海洋王照明科技股份有限公司;海洋王（東莞）照明科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M6/14;H01M10/052;C01G23/00
• 代理公司: 深圳中細軟知識產權代理有限公司 44528
• 代理人: 仉玉新

本發明屬于電化學電源領域，尤其涉及一種組合物、制備方法及其在電極材料領域的應用。本發明提供了一種組合物，包括：鋰源、鈦源、鋁源以及氮源；其中，所述鋰源和鈦源中，Li和Ti的摩爾比為(0.56～0.86)：1。本發明還提供了一種上述組合物的制備方法，本發明還提供了一種上述組合物或上述制備方法得到的產品在電極材料領域的應用。本發明中，單氮取代鈦酸鋰中的氧，可提高材料的電子電導及提高電子的傳輸速率，制備方法簡單便捷；進一步進實驗測定表明本發明提供的技術方案制得的產品，大倍率性能良好，安全性能良好，比容量得到有效提升；用于解決現有技術中，鈦酸鋰電池存在著倍率性能提升困難以及循環過程中會持續產氣影響電池性能的技術缺陷。

技術領域

本發明屬于電化學電源領域，尤其涉及一種組合物、制備方法及其在電極材料領域的應用。

背景技術

鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應、自放電率低、充放電迅速、循環壽命超長、工作環境溫度范圍寬以及安全穩定綠色環保等有點，在通信電源領域具有非常廣泛的應用前景。鈦酸鋰作為負極材料時，其電位平臺比傳統石墨負極材料高出1V還多，電池更加安全。在電池快速充電時，對負極電壓需求比較低，當電壓過低，鋰電池就容易析出活潑金屬鋰，這種鋰離子不僅導電，還能跟電解液起反應，然后釋放熱量，產生可燃氣體，引發火災；而鈦酸鋰因為高出來的1V電壓避免了負極電壓為0的情況，也就間接避免了鋰離子的析出，從而保證了電池的安全性。鈦酸鋰的最后一個優勢是快速充放電能力強，充電倍率高。基于鈦酸鋰電池的這些技術特點，業內人士認為其契合了新能源公交車、大型儲能裝備的需求。

然而，鈦酸鋰材料本身的較低的電子電導率和鋰離子擴散系數，極大地限制了在大倍率充放下的應用。現有技術中，將Li₄Ti₅O₁₂的顆粒尺寸納米化以后，可擴大有效反應面積和減小擴散距離，從而顯著的提升材料的倍率性能。但是，材料顆粒納米化的過程往往比較困難，需要較高的成本，目前難以實現大規模的工業生產。另外，鈦酸鋰電池在循環使用中會發生持續產氣，導致電池包鼓脹，高溫時尤其嚴重，影響正負極的接觸，增加電池阻抗，影響電池性能的發揮。這也是限制負極材料鈦酸鋰廣泛應用到電池中的主要障礙之一。

因此，研發出一種組合物、制備方法及其在電極材料領域的應用，用于解決現有技術中，鈦酸鋰電池存在著倍率性能提升困難以及循環過程中會持續產氣影響電池性能的技術缺陷，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種組合物、制備方法及其在電極材料領域的應用，用于解決現有技術中，鈦酸鋰電池存在著倍率性能提升困難以及循環過程中會持續產氣影響電池性能的技術缺陷。

本發明提供了一種組合物，所述組合物的原料包括：鋰源、鈦源、鋁源以及氮源；

其中，所述鋰源和鈦源中，Li和Ti的摩爾比為(0.56～0.86)：1。

優選地，所述鋰源和/或所述鈦源中含有碳源、三聚氰胺以及氧化鋁中的任意一種或多種。

優選地，所述鋰源選自：氫氧化鋰、醋酸鋰以及硝酸鋰中的任意一種或多種。

優選地，所述鈦源選自：鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯以及四氯化鈦中的任意一種或多種。

優選地，所述鋁源為：氧化鋁和/或硝酸鋁。

優選地，所述氮源選自：三聚氰胺、疊氮化銨以及尿素中的任意一種或多種。

本發明還提供了一種包括以上任意一項所述組合物的制備方法，所述制備方法為：

步驟一、鋰源和鈦源分別溶解，鋰源溶液與鋁源和/或氮源混合后再與鈦源溶液溶解，加熱攪拌后烘干溶于去離子水中形成懸浮液，將懸浮液噴霧干燥，得第一產物；

步驟二、所述第一產物在還原性氣氛中煅燒后，冷卻研磨，得第二產物；