钨酸铌在锂离子电池中的应用

锂离子电池的安全性能除了与产品的设计、使用条件有关之外,还与电池所使用的材料密切相关。当前,常见的锂电池负极材料有石墨和钛酸锂。石墨的嵌锂电压过低及容易在大倍率放电时产生锂枝晶,进而会导致电池内短路甚至热失控;钛酸锂虽然具有较高的锂化电压,能锂枝晶生长,但是其理论容量过低和导电性较差,导致其在实际应用中受到了极大的限制。有鉴于此,研究者开始使用具有高嵌锂电压和理论比容量等优点的钨酸铌材料(Nb14W3O44)生产电极极片。

偏钨酸铵图片

钨酸铌是将水合草酸铌、偏钨酸铵和燃料(如为甘氨酸、尿素或葡萄糖中的一种以上)在无机酸(如硝酸、盐酸或硫酸)中均匀搅拌混合形成溶液,空气气氛中在1050~1250℃自蔓延燃烧反应,然后在上述温度煅烧反应制得的材料。值得一提的是,燃料优选为甘氨酸,这是由于甘氨酸可与Nb5+、W6+离子形成配合物,避免其在燃烧过程中发生偏稀,且其点燃温度较低,燃烧充分;无机酸优选为硝酸,作用是防止Nb被水解。

锂离子电池图片

含有Nb14W3O44的锂离子电池负极材料的制备:在钨酸铌材料中适当添加导电剂(如碳黑导电剂、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种以上)和适量的羧甲基纤维素+丁苯橡胶等粘结剂后,用溶剂将其溶解分散成含负极活性物质的合剂组成物(糊、浆等),将所述合剂组成物涂布到铜箔等导电集流体的单面或两面,再除去溶剂,最终形成含负极活性物质Nb14W3O44合剂层的带状成形体。值得一提的是,粘结剂的作用是Nb14W3O44粘合到集流体上,幷加强负极的机械整体性,提高固-固界面和/或固-液界面物理电接触,增加整个负极的电子和离子的传导性能。

 

 

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