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一種鈉離子電池負(fù)極活性材料、負(fù)極、電池及制備方法與流程

文檔序號(hào):12479961閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種鈉離子電池負(fù)極活性材料,其特征在于,其為K-Ti-O三元化合物,該K-Ti-O三元化合物具有表面碳包覆層或/和氧空位,所述K-Ti-O三元化合物選自如下:

K2Ti6O13,K2Ti4O9,K2Ti8O17,K2TiO3,K2TiO5,K3Ti8O17,K4TiO4,K4Ti3O8,K6Ti4O11,K6Ti2O7,KxTiO2,其中,0<x<1。

2.如權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池負(fù)極活性材料,其特征在于,所述K-Ti-O三元化合物還包括K-Ti-O三元化合物晶體結(jié)構(gòu)中的K離子被H離子、Na離子或/和Li離子部分取代的化合物,其包括:

K2-aHaTi6O13、K2-aNaaTi6O13、K2-aLiaTi6O13,其中,0<a<1,

K2-aHaTi4O9、K2-aNaaTi4O9、K2-aLiaTi4O9,其中,0<a<1,

K2-aHaTi8O17、K2-aNaaTi8O17、K2-aLiaTi8O17,其中,0<a<1,

K2-aHaTiO3、K2-aNaaTiO3、K2-aLiaTiO3,其中,0<a<1,

K2-aHaTiO5、K2-aNaaTiO5、K2-aLiaTiO5,其中,0<a<1,

K3-aHaTi8O17、K3-aNaaTi8O17、K3-aLiaTi8O17,其中,0<a<1.5,

K4-aHaTiO4、K4-aNaaTiO4、K4-aLiaTiO4,其中,0<a<2,

K4-aHaTi3O8、K4-aNaaTi3O8、K4-aLiaTi3O8,其中,0<a<2,

K6-aHaTi4O11、K6-aNaaTi4O11、K6-aLiaTi4O11,其中,0<a<3,

K6-aHaTi2O7、K6-aNaaTi2O7、K6-aLiaTi2O7,其中,0<a<3,

Kx-aHaTiO2,Kx-aNaaTiO2,Kx-aLiaTiO2,其中,0<x<1,0<a<x/2。

3.如權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池負(fù)極活性材料,其特征在于,表面或者晶格中具有氧空位的K-Ti-O三元化合物包括:K2Ti6O13-σ、K2Ti4O9-σ、K2Ti8O17-σ、K2TiO3-σ、K2TiO5-σ、K3Ti8O17-σ、K4TiO4-σ、K4Ti3O8-σ、K6Ti4O11-σ、K6Ti2O7-σ、KxTiO2-σ(0<x<1),

σ取值滿足如下條件:大于0同時(shí)小于等于原化合物無氧空位時(shí)晶格氧數(shù)量的0.15倍。

4.如權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池負(fù)極活性材料,其特征在于,所述碳包覆層的質(zhì)量為整個(gè)鈉離子電池負(fù)極活性材料總質(zhì)量的1%~30%,所述碳包覆層的厚度為2nm~30nm,

所述碳包覆層中的碳的存在形式可為無定型碳、石墨化碳、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯以及還原氧化石墨烯,所述碳包覆層用于提高材料的導(dǎo)電性。

5.一種制備如權(quán)利要求1-4之一所述鈉離子電池負(fù)極活性材料的方法,其特征在于,采用一步煅燒法在合成K-Ti-O三元化合物的同時(shí)在其表面引入碳導(dǎo)電層,或者

采用一步煅燒法在合成K-Ti-O三元化合物的同時(shí)在其表面或晶格中引入氧空位,或者

采用一步煅燒法在合成K-Ti-O三元化合物的同時(shí)在其表面或晶格中引入氧空位并在其表面引入碳導(dǎo)電層,

其具體包括如下步驟,

S1:將鉀源、鈦源按照化學(xué)計(jì)量比混合,

S3:執(zhí)行高溫煅燒,獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

6.如權(quán)利要求5所述的一種制備如上所述鈉離子電池負(fù)極活性材料的方法,其特征在于,其包括如下步驟:

S1:將鉀源、鈦源按照化學(xué)計(jì)量比混合后,置于高溫反應(yīng)器內(nèi),

S2:以惰性氣體為載氣將有機(jī)碳源帶入高溫反應(yīng)器中,所述有機(jī)碳源選自乙炔、甲烷、正己烷、環(huán)己烷、甲苯以及聚苯,

S3:執(zhí)行高溫煅燒以獲得K-Ti-O三元化合物同時(shí)引入氧空位,該高溫煅燒的反應(yīng)溫度為400℃~1200℃,保溫時(shí)間為30min~600min,煅燒同時(shí)以化學(xué)氣相沉積法在K-Ti-O三元化合物表面引入碳包覆層。

7.如權(quán)利要求5所述的一種制備如上所述鈉離子電池負(fù)極活性材料的方法,其特征在于,其包括如下詳細(xì)步驟:

S1:將鉀源、鈦源按照化學(xué)計(jì)量比混合,獲得第一混合物,

S2:將所述第一混合物與單質(zhì)碳或者有機(jī)碳源進(jìn)行固相球磨混合或在液相介質(zhì)中混合均勻,獲得第二混合物,所述有機(jī)碳源選自葡萄糖、蔗糖、淀粉、檸檬酸、抗壞血酸、月桂酸、硬脂酸、瀝青、醋酸纖維、環(huán)糊精、酚醛樹脂、己二酸、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯氟、聚苯乙烯以及聚丙烯腈,

所述單質(zhì)碳源選自石墨、碳納米管、石墨烯以及氧化石墨烯,

所述單質(zhì)碳源或所述有機(jī)碳源占第二混合物總質(zhì)量10~30%,

所述液相介質(zhì)為水、乙醇、丙酮、甘油、異丙醇、乙二醇、正丁醇、水合肼、四氫呋喃、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、環(huán)己烷、正己烷、十八烯、油酸、油胺中的一種或者他們的混合液,

S3:執(zhí)行高溫煅燒以獲得K-Ti-O三元化合物同時(shí)引入碳包覆層和氧空位,該高溫煅燒的反應(yīng)溫度為600℃~1200℃,保溫時(shí)間為30min~600min。

8.如權(quán)利要求5所述的一種制備如上所述鈉離子電池負(fù)極活性材料的方法,其特征在于,其包括如下詳細(xì)步驟:

S1:將鉀源、鈦源按照化學(xué)計(jì)量比混合,

S3:在還原性氣氛中或真空條件下進(jìn)行高溫煅燒引入氧空位,煅燒溫度為200℃~1000℃,煅燒時(shí)間為30min~600min,其中還原氣氛是指氣氛中含有H2,H2S,PH3以及B2H6的一種或者多種。

9.一種鈉離子電池用負(fù)極,其特征在于,所述負(fù)極包含:

集電體;

負(fù)極活性材料層,所述負(fù)極活性材料層形成在所述集電體的至少一個(gè)表面上并包含負(fù)極活性材料,

其中,所述負(fù)極活性材料為權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所限定的負(fù)極活性材料。

10.一種鈉離子電池,其特征在于,其包含:

正極;

負(fù)極;

電解液;

和設(shè)置在所述正極和所述負(fù)極之間的隔膜,其中所述負(fù)極包含:

集電體;

負(fù)極活性材料層,所述負(fù)極活性材料層形成在所述集電體的至少一個(gè)表面上并包含負(fù)極活性材料,

其中,所述負(fù)極活性材料為權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所限定的負(fù)極活性材料。

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