钛铌氧化物和钛氧化物复合阳极材料制造技术

提供了包含至少部分嵌在Ti

【技术实现步骤摘要】
钛铌氧化物和钛氧化物复合阳极材料
[0001]引言本节提供与本公开相关的背景信息，该信息不一定是现有技术。
[0002]电化学储能装置，如锂离子电池组，可用于多种产品，包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统（
“µ
BAS”）、混合动力电动汽车（“HEV”）和电动汽车（“EV”）。典型的锂离子电池组包括两个电极、隔离件和电解质。锂离子电池组还可以包括各种端子和包装材料。两个电极之一充当正极或阴极，另一个电极充当负极或阳极。常规可再充电锂离子电池组通过在负极与正极之间可逆地传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可以从正极移动至负极，并在电池组放电时在相反的方向上移动。隔离件和/或电解质可以设置在负极与正极之间。该电解质适于在电极之间传导锂离子（或在钠离子电池组的情况下为钠离子），并且类似于两个电极，可以为固体形式、液体形式、或固体-液体混合形式。在固态电池组（其包括设置在固态电极之间的固态电解质）的情况下，该固态电解质物理分离电极，因而不需要另外的(distinct)隔离件。
[0003]负极通常包括锂插入材料或合金基质材料(alloy host material)。形成阳极的典型电活性材料包括锂-石墨嵌入化合物、锂-硅插入化合物、锂-锡插入化合物、或锂合金。虽然石墨化合物是常见的，具有高比容量（相对于石墨）的阳极材料越来越受到关注。例如，钛铌氧化物（Ti
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）相对于石墨具有高容量和改进的功率性能；但是，当考虑其商业化时，其受限于铌的相对高成本。同时，相对于石墨，钛氧化物（TiO2）在容量、功率能力和成本方面也具有优势，但是具有有限的压实密度和相对较高的电压平台。因此，开发克服这些缺点并提高这些优点的复合阳极是合意的。
[0004]专利技术概述本节提供公开内容的一般概述，并未全面公开其全部范围或其所有特征。
[0005]在各个方面，当前技术提供了包括至少部分嵌在具有钛铌氧化物（Ti
x
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），其中0 < x ≤ 2、0 < y ≤ 24且0 < z ≤ 62的基质材料中的钛氧化物（TiO2）纳米粒子的材料。
[0006]在一方面，该基质材料包括TiNb2O7、Ti2Nb
10
O
29
、TiNb6O
17
或TiNb
24
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62
。
[0007]在一方面，一部分TiO2纳米粒子部分嵌在该基质材料中。
[0008]在一方面，一部分TiO2纳米粒子完全嵌在该基质材料中。
[0009]在一方面，该材料具有大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.99的Ti
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:TiO2重量比。
[0010]在一方面，该TiO2纳米粒子具有大于或等于大约1 nm至小于或等于大约1000 nm的最大尺寸。
[0011]在一方面，该基质材料包括Ti
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的多个物类，其中0 < x ≤ 2、0 < y ≤ 24和0 < z ≤ 62。
[0012]在一方面，该材料是涂覆有或掺杂有过渡金属、过渡金属化合物或碳基材料的至少一种，所述碳基材料包括石墨烯、还原的氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其组合。
[0013]在一方面，当前技术还提供了包括该材料的负极或阳极。
[0014]在一方面，当前技术进一步提供了包括该负极或阳极的电化学电池。
[0015]在各个方面，当前技术还提供了具有阳极材料的负极或阳极，所述阳极材料包括嵌在基质材料中的TiO2纳米粒子，所述基质材料包括Ti
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，其中0 < x ≤ 2、0 < y ≤ 24和0 < z ≤ 62，其中该阳极材料具有大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.99的Ti
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:TiO2重量比。
[0016]在一方面，该负极或阳极设置在循环锂或钠离子的电化学电池中。
[0017]在一方面，该负极或阳极设置在固态电化学电池中。
[0018]在各个方面，当前技术进一步提供了制造材料的方法，该方法包括在球磨容器中形成起始材料的混合物，该起始材料包括具有Nb2O5或Ti
a
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b
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c
的至少一种的前体材料，其中0 ≤ a ≤ 2，0 < b ≤ 24且0 < c ≤ 62，和TiO2粒子；并球磨该混合物以形成该材料，其中该材料具有至少部分嵌在包括Ti
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的基质材料中的TiO2纳米粒子，其中0 < x ≤ 2，0 < y ≤ 24且0 < z ≤ 62。
[0019]在一方面，该起始材料进一步包括液体分散剂，其中该液体分散剂以大于0毫升至小于或等于2V/3的体积提供，其中V是以mL为单位的球磨容器体积。
[0020]在一方面，该前体材料与该TiO2粒子以大约0.01至大约15的预定的前体材料:TiO2粒子摩尔比合并，以得到具有x、y和z的预定化学计量比(stoichiometry)以及大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.99的预定Ti
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:TiO2复合材料重量比的材料。
[0021]在一方面，该摩尔比为大于或等于大约0.5至小于或等于大约15。
[0022]在一方面，该球磨在大于或等于大约100 rpm至小于或等于大约1000 rpm的速度下进行大于或等于大约30分钟至小于或等于大约24小时的时间。
[0023]在一方面，该方法进一步包括在大于或等于大约600℃至小于或等于大约1200℃的温度下加热该材料大于或等于大约3小时至小于或等于大约24小时的时间。
[0024]在一方面，该方法进一步包括将该材料作为负极或阳极设置在具有电解质与正极或阴极的电化学电池中。
[0025]由本文中提供的描述容易看出其它适用领域。概述中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。
[0026]附图本文中描述的附图的目的仅用于说明所选实施方案而非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。
[0027]图1是根据当前技术的各个方面的电化学电池的图示。
[0028]图2A是根据当前技术的各个方面的复合材料的图示。
[0029]图2B是根据当前技术的各个方面的复合材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.包含至少部分嵌在基质材料中的TiO2纳米粒子的材料，所述基质材料包含Ti
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，其中0 < x ≤ 2，0 < y ≤ 24且0 < z ≤ 62。2.如权利要求1所述的材料，其中所述基质材料包含TiNb2O7、Ti2Nb
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29
、TiNb6O
17
或TiNb
24
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中的一种或多种。3.如权利要求1所述的材料，其中所述材料具有大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.99的Ti
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:TiO2重量比。4.如权利要求1所述的材料，其中所述TiO2纳米粒子具有大于或等于大约1 nm至小于或等于大约1000 nm的最大尺寸。5.如权利要求1所述的材料，其中所述基质材料包含Ti
x
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z
的多种物类，其中0 < x ≤ 2，0 < y ≤ 24且0 < z ≤ 62。6.如权利要求1所述的材料，其中所述材料进一步包含涂层或掺杂剂，其包含选自过渡金属、过渡金属化合物或碳基材料的材料，所述碳基材料包含石墨烯、还原的氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其组合。7.包含阳极材料的阳极，所述阳极材料包含至少部分嵌在包含Ti
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的基质材料中的TiO2纳米粒子，其中0 < x ≤ 2，0 < y ≤ 24...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆涌，孔德文，侯孟炎，李喆，刘海晶，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：