本发明专利技术涉及电化学行业，尤其是涉及电化学电池的阳极材料。基于锂-钛尖晶石的阳极材料用化学式Li4Ti5-2y(CryVy)O12-x来表征，其中x是化学计量的偏离值，其在0.02＜x＜0.05范围，和y是化学计量系数，其在0＜y＜0.25的范围内。用于制造阳极材料的方法包含通过均匀化和研磨来制备包含锂和钛的初始组分的混合物。在初始组分混合物中引入铬和钒的来源。进行研磨，直到获得粒度不大于0.5微米的颗粒。在氩和乙炔的气氛中的步骤中进行热处理，氩-乙炔流的气体比被调节在999∶1到750∶250范围，根据下面过程：在第一步中，将组分的混合物加热到不高于350℃的温度；在第二步中，在350-750℃的温度持续加热；在第三步中，温度升高到840-880℃；在第四步中，温度降低到520-580℃；在最后一步中，在冷却到40-60℃时，将纯氩吹炼到最终的阳极材料，并包装该材料。此项技术的结果是提高了电化学容器和电子电导率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求在2009年3月6日申请的俄罗斯专利申请号为RU2009107944的优先权，该专利申请的全部内容结合参考于此。专利技术的领域本专利技术涉及电工行业，特别是涉及用于CPS (化学动力源(chemical powersources))的阳极材料，该阳极材料可以作为二次锂离子电池(蓄电池)的原材料，对其进行设计以用于需要大容量、高操作 电流的应用，例如，电动运输_HEV(混合电动汽车)、PHEV (插件式混合电动汽车)、BEV(电池电动汽车)或便携式电动工具。
技术介绍
目前，在锂离子蓄电池中最广泛使用的电极对是Li(；02/C(碳)对。然而，在锂离子插入到碳结构，例如，石墨中时形成的化合物L i C6具有爆炸危险。石墨的弊端包括在操作过程中结构的变更以及容量的初始化过程中损失的负载量可达到20%。所指出的这些缺点导致使用其他材料作为阳极的必要性，例如，锂钛尖晶石，Li4Ti5O12 (替代表示为Li4/3Ti5/304)。[J. Li, Y-L. Jin, X. -G. Zhang, H. Yang..微波固态合成尖晶石 Li4Ti5O12 纳米晶体作为锂离子电池的阳极材料//固态离子-2007, -V 178. -p. 1590-1594 ；Xu J.，WangY.，Li Z.，Zhang ff. F作为锂离子电池的阳极材料的碳掺杂的TiO2纳米管的制备和电化学性质Il电源杂志· 2008，-V 175. -p. 903-908 ；Li4Ti5012作为在用于低功率应用中的所有固态、塑料、锂离子电池的阳极//P. P. Prosini, R. Mancini, L. Petrucci等//固态离子· -2001，-V. 144. -P. 185-192)。用于CPS的阳极材料，即锂钛尖晶石，特别是Li4Ti5O12,自1980年中期年代开始被看作是有前途的锂电池材料。[D.W.Murphy, R. J. Cava, S. Zahurak, A. Santoro.Ternary LixTiO2 插入反应的相 // 固态离子· -1983-V. 9-10. -P. 413-417 ；Κ. Μ. Colbow，J. R. Dahn和R. R. Haering.尖晶石氧化物LiTi2O4及Li4/3Ti5/304的结构和电化学Il电源杂志· -1989. -V. 26，-N. 3/4. -P. 397-402 ;T. Ohzuku, A. Ueda, N. Yamamoto. Zero-Li [Li1/3Ti5/3] O4 的用于可充电锂电池的应变嵌入材料 //J. Electrochem. Soc. -1995. -V. 142-1. 5. -P. 1431-1435]o这种物质的一个结构式单元能接收三个锂离子。这种电化学放电过程可由以下反应来描述Li4Ti5012+3e_+3Li+ = Li7Ti5O12通过该反应式描述的过程中该物质的理论比电容率为175mA · h/g。做为该反应的结果，该类型的尖晶石物质的初始结构转换成氯化钠型有序结构的亚稳相。区别于大部分已知的锂离子CPS的电极材料，电动势由该材料的放电程度而定(公式中活性物质的锂以指数X表示，例如，LixC0 02)，在这种情况下，它由两相平衡决定，(Li4Ti5O12)M5/(Li7Ti5O12) *NaC1,由此得出它是常量且相对于金属锂的E° = I. 55V。典型尖晶石的三倍结构式单元的这个浓缩转换的晶体表示法(3xAB204 = A3B6O12,其中A和B分别为结构的四面体和八面体位置处的原子)为如下(Li3)A(LiTi5)B012+3Li — Li6(LiTi5)O12 = B，6B6012这个公式表示带有16c和16d型八面体位置的两个非平衡子晶格的公式。由于在所描述的过程中原始四面体位置通过填充另外锂原子变成八面体(8a — 16c)，这个浓缩相变仅当在原始尖晶石结构中的所有四面体位置被动态锂占据时才可能发生。如果在过程中讨论中未能转换成16c八面体位置的原子存在在8a四面体位置，该过程就被冻住，可逆的充电-放电电化学反应若发生时例如在用铁掺杂的锂-钛尖晶石的情况是不可能的。P. Kubiak, A. Garcia, M. Womes, L. Aldon, J. Olivier-Fourcade, P. -E. Lippens, J. -C.Jumas.锂插入诱导Li4Ti5O12尖晶石中的相变。替换物Ti/V、Ti/Mn、Ti/Fe的影响//能源杂志· -2003. -V. 119-121. -P. 626-630。作为与金属锂有关的电势形成反应的电动势，Etlu，等于1.55V，这样，这种物质做为阳极使用，元素的电动势基本上低于使用传统碳阳极(C6-LiC6 ；E°Li ^ O. IV)，该材料的所得比能不大，但这个缺点被该材料的独特的循环能力所补偿。由于在Li4Ti5O12 — Li7Ti5O12转换的情况下体积变化可以忽略，O. 07%，这被认为是一个提高循环寿命的非常有利因素，虽然电极的宏观结构的机械退化被排斥在外。低成本的原材料，钛化合物，也是具有相当大的市场前景的材料。此外，材料的充电形式，Li7Ti5O12，是完全安全的，其不像LiC6，以及所有更多这样的材料，金 属锂在空气中易自燃(例如，如果在电化学电池被破坏的情况中)ο [E. Ferg, R. J. Gummow, A. de Kock, Μ. M. Thackeray.锂离子电池的尖晶石阳极 //I- Electrochem. Soc. -1994. -V. 141. -I. 11. -P. L147-L150 ;K. Zaghib, Μ. Armand,M. Gauthier.在固态锂离子聚合物电池中阳极的电化学//J. Electrochem. Soc. -1998.-M. 145. -I. 9. -P. 3135-3140 ;A. D. Robertson, L. Trevino, H. Tukamoto, J. T. S. Irvine.用作未来锂离子电池的负极材料的新的无机尖晶石氧化物Il能源杂志.-1999. -V. 81-82.P-352-357 ;也见俄罗斯专利2304325号，其于2007年10月8日出版]。这些特性的组合使其有可能把锂-钛尖晶石做为锂动力源的一个非常有前途的阳极材料。然而，该材料的低导电率以及，因此，低的操作容量输出(不超过160毫字 时/克，例如，不超过理论的90% )，特别是在高电流速率时，其成为在动力源的大量生产中使用这种材料的主要障碍。低电导率的原因是这种物质的结构中缺乏载流子，使它几乎是绝缘体。该结构中的钛具有最高氧化态，4+，其电荷平衡通过公式Li+4Ti4+5012表示。由于钛4+离子有3d0轨道电子，价带是完全填充的，导带完全是空的。因此，电导率和其他介电材料一样，由样品实例的“前史”决定，首先产生施主和受主能级的杂质的存在和浓度，以及其本身缺陷决定。根据很多公开文献的数据，在通常情况下Li4Ti5O12的电导率介于10 8-10 13Ohm 1 · cm 1 区间。[C. H. Chen本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.03.06 RU 20091079441.一种基于化学式Li4Ti5012_x的锂-钛尖晶石的用于电化学动力源(CPS)的阳极材料，其中X是化学计量的偏离值，其在O < X < 0. 02的限值范围，所述阳极材料包含等量的掺杂剂铬和钒来获得化学式为Li4Ti5_y (CrV) y012_x的组成，其中0. 02 < X < 0. 5，和y是化学计量系数，其在0 < y < 0. 25的限值范围内。2.一种制造如权利要求I所述的用于锂离子CPS的阳极材料的方法，包含 制备包含锂和钛的初始组分的混合物和在该混合物中引入掺杂剂铬和钒的来源； 均匀化和研磨所述混合物来获得...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·S·戈尔什科夫，
申请(专利权)人："埃利奥特"有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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