CN112830465B - 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途 - Google Patents

一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途 Download PDF

Info

Publication number
CN112830465B
CN112830465B CN202110004545.XA CN202110004545A CN112830465B CN 112830465 B CN112830465 B CN 112830465B CN 202110004545 A CN202110004545 A CN 202110004545A CN 112830465 B CN112830465 B CN 112830465B
Authority
CN
China
Prior art keywords
latp
modified
lithium
battery
latp material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110004545.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112830465A (zh
Inventor
李星
刘语舟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN202110004545.XA priority Critical patent/CN112830465B/zh
Publication of CN112830465A publication Critical patent/CN112830465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112830465B publication Critical patent/CN112830465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/45—Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途，在本发明中将一定量的LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷置于水和乙酸混合溶剂中，加热搅拌得到包覆产物，将包覆产物、乙炔黑、PVDF按一定比例混合制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料。电化学实验证明本方法制备的改性LATP材料作为锂金属阳极表面的保护层，能够有效抑制电池充放电过程中锂枝晶的生长，提高了锂电池的循环性能和安全稳定性。本发明材料的制备工艺简单，易操作，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。

Description

一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途
技术领域
本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途。
背景技术
随着科学技术的进步和人类生活水平的提高，电动汽车、便携式电子设备、大型储能网络等电子产业的发展日新月异，传统锂离子电池商业石墨负极材料正在趋于其理论容量(372mAh g-1)，达到了发展瓶颈，难以满足人类社会对高续航、高功率储能器件的需求。因此，大力开发性能优异的电池储能材料对于推动可持续社会的发展具有重大意义。锂金属电池中锂负极具有理论比容量高(3860mAh g-1)，电化学电位低(-3.04V vs.标准氢电极)和密度小(0.534g cm-3)的优势(Nat.Mater.2011,11,19-29)，被广泛认为是能够代替现有商业石墨负极的理想材料，然而，尽管锂金属电池拥有以上诸多优点，但锂金属电池在持续充放电循环过程中，由于锂金属剧烈的体积变化、SEI的膜不稳定和锂枝晶不均匀生长会使电池出现库仑效率低、循环寿命短等一系列问题，锂枝晶的生长甚至会刺穿隔膜造成安全隐患，导致锂金属电池短路、爆炸。因此，抑制锂枝晶生长成为了当今电池储能材料的研究热点之一，科研工作者们进行了大量的研究，主要通过以下几个研究思路来抑制锂枝晶的生长：(1)固态电解质(Chem.Soc.Rev.2011,40,2525-2540)；(2)凝胶聚合物电解质(Proc.Natl.Acad.Sci.2014,111,3205-3206)；(3)建立电极/电解质界面稳定性(Adv.Mater.Interfaces.2018,5,1701097)；(4)添加电解质添加剂(Nat.Commun.2015,6,7436)；(5)构建人工SEI膜(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,1505-1509)；(6)修饰功能电极(Nano.Lett.2018,18,297-301)。
NASICON结构的Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)(Energy.Environ.Sci.2018,11,1803-1810)具有较高的电导率，在环境温度下电导率约为7×10-4S cm-1，熔点较高，在高温下仍具有良好的安全稳定性，机械强度较高，能够很好地抑制锂枝晶的生长，从而避免短路的发生，LATP缺点是与锂金属直接接触会发生不可逆的氧化还原反应生成黑色副产物，造成锂离子的损失，颗粒状LATP难以制备均匀、致密的隔膜，且其与电极材料之间的接触润湿性较差，有较大的接触电阻，阻碍锂离子的传输，影响锂电池性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途。
本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种改性LATP材料的制备方法，在溶液中加入LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷，加热搅拌，离心分离沉淀，干燥，得到包覆产物，将包覆产物、乙炔黑、PVDF按一定比例混合制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到改性LATP材料，具体包括以下步骤：
(1)在烧杯中加入体积比为1:1的蒸馏水和乙醇，加入适量的LATP颗粒，超声分散，加入盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌一定时间，得到悬浊液A；
(2)将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；
(3)将包覆产物、乙炔黑、PVDF按质量比为8:1:1制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；
所述LATP为Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3；
所述PVDF为聚偏氟乙烯；
所述LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷物质量的比为1:1:1；
参加反应的溶剂，原料均为化学纯。
进一步的，本发明还提供了所述的改性LATP材料用于抑制锂枝晶生长的的用途，该材料作为金属锂阳极表面的保护层，在1.0mA cm-2的电流密度下，稳定循环≥600h。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
本发明制备的改性LATP材料是通过自组装的方法制备而成，该膜材料分布均一，具有强的氢键作用，结构稳定；该材料作为锂金属阳极表面的保护层，可以诱导锂均匀沉积，能够有效抑制电池充放电过程中锂枝晶的生长，防止锂枝晶刺穿隔膜，进而提高了锂电池的循环性能和安全稳定性。
附图说明
图1为实施例1所制备的改性LATP材料的SEM图；
图2为实施例1所制备的改性LATP材料的XRD图；
图3为改性LATP材料作为金属锂阳极表面的保护层的锂对称循环性能图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
实施例1
在250mL烧杯中加入40mL去离子水和40mL乙醇，加入10mmol的LATP，超声1h，加入10mmol的盐酸多巴胺和10mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌12h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物0.8g、乙炔黑0.1g、PVDF 0.1g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌(图1)；粉末X射线测试材料的组成结构(图2)。
实施例2
在250mL烧杯中加入50mL去离子水和50mL乙醇，加入8mmol的LATP，超声30min，加入8mmol的盐酸多巴胺和8mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌12h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物0.8g、乙炔黑0.1g、PVDF 0.1g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌；粉末X射线测试材料的组成结构。
实施例3
在250mL烧杯中加入50mL去离子水和80mL乙醇，加入15mmol的LATP，超声30min，加入15mmol的盐酸多巴胺和15mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌20h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物8.0g、乙炔黑1.0g、PVDF 1.0g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌；粉末X射线测试材料的组成结构。
将实施例1-3所制备的改性LATP材料作为金属锂阳极表面的保护层，在1.0mA cm-2的电流密度下，在锂对称电池中测试其循环性能，结果显示电池稳定循环600h仍能保持电压平稳(图3)。

Claims (3)

1.一种改性LATP材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)在烧杯中加入体积比为1:1的蒸馏水和乙醇，加入适量的LATP颗粒，超声分散，加入盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌一定时间，得到悬浊液A；
(2)将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；
(3)将包覆产物、乙炔黑、PVDF按质量比为8:1:1制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到改性LATP材料；
所述LATP为Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3；
所述PVDF为聚偏氟乙烯；
所述LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷物质量的比为1:1:1；
参加反应的溶剂，原料均为化学纯。
2.一种如权利要求1所述制备方法得到的改性LATP材料。
3.一种如权利要求2所述的改性LATP材料的用途，其特征在于，该材料作为金属锂阳极表面的保护层，能有效抑制锂电池充放电过程中锂枝晶的生长，在1.0mA cm-2的电流密度下，电池稳定循环≥600h。
CN202110004545.XA 2021-01-04 2021-01-04 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途 Active CN112830465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110004545.XA CN112830465B (zh) 2021-01-04 2021-01-04 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110004545.XA CN112830465B (zh) 2021-01-04 2021-01-04 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112830465A CN112830465A (zh) 2021-05-25
CN112830465B true CN112830465B (zh) 2022-06-24

Family

ID=75927404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110004545.XA Active CN112830465B (zh) 2021-01-04 2021-01-04 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112830465B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049693A1 (de) * 2009-10-16 2011-04-21 Süd-Chemie AG Phasenreines Lithiumaluminiumtitanphosphat und Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung
DE102012103409B3 (de) * 2012-04-19 2012-11-22 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur Herstellung Li-Ionenleitender Lithiumaluminiumtitanphosphate und deren Verwendung als Festkörperelektrolyte
CN110880594A (zh) * 2019-11-13 2020-03-13 星恒电源股份有限公司 双包覆复合固态锰酸锂材料及其制备方法
CN112151853A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种具有熔融重组特性的电池极片及包含其的锂离子电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049693A1 (de) * 2009-10-16 2011-04-21 Süd-Chemie AG Phasenreines Lithiumaluminiumtitanphosphat und Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung
DE102012103409B3 (de) * 2012-04-19 2012-11-22 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur Herstellung Li-Ionenleitender Lithiumaluminiumtitanphosphate und deren Verwendung als Festkörperelektrolyte
CN110880594A (zh) * 2019-11-13 2020-03-13 星恒电源股份有限公司 双包覆复合固态锰酸锂材料及其制备方法
CN112151853A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种具有熔融重组特性的电池极片及包含其的锂离子电池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
3D Fiber-Network-Reinforced Bicontinuous Composite Solid;Dan Li，et al.;《ACS Applied Materials & Interfaces》;20180207;全文 *
金属锂枝晶生长机制及抑制方法;程新兵，张强;《化学进展》;20171213;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112830465A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110676420B (zh) 一种锂离子电池的补锂隔膜
CN108075106B (zh) 一种金属锂负极自适应弹性纳米修饰层制备方法
CN108899486B (zh) 包覆硫系电解质的正极活性材料及其制备方法、全固态锂硫电池及其制备方法
Zhang et al. Homogenous lithium plating/stripping regulation by a mass-producible Zn particles modified Li-metal composite anode
CN114242943A (zh) 石墨烯薄膜及其制备方法、对称电池及其制备方法、全电池及其制备方法
CN113903980A (zh) 锂离子电池
CN111564591B (zh) 一种锂金属电池隔膜改性浆料及其应用
CN115072703B (zh) 一种复合负极材料及其制备方法、应用
CN112635917A (zh) 一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池
CN114142161B (zh) 一种改性锂离子电池隔膜的制备方法
CN113066988B (zh) 一种负极极片及其制备方法和用途
CN113036100B (zh) 一种含刚性颗粒骨架的锂金属复合负极及其制备方法
CN115440507B (zh) 一种锡基氧化物/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN108767249B (zh) 一种硬碳电极材料的制备方法
CN116799210A (zh) 复合补锂材料及制备方法、补锂涂层及制备方法和锂电池
CN113964381B (zh) 一种非对称凝胶态电解质及其制备方法和应用
CN112830465B (zh) 一种改性latp材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途
CN110212170B (zh) 一种固相热压制备得到的硅基负极材料及其制备方法
CN112151742A (zh) 一种金属氧化物和石墨烯改性的用于提升全电池性能的三元正极材料的制备方法
CN111816873A (zh) 一种碳包覆磷酸钛锰锂复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用
CN111261866A (zh) 一种胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法
CN112614977B (zh) 基于石墨烯/人造石墨复合材料的锂离子电池优化方法
CN117673371B (zh) 一种无负极锂金属电池用集流体制备方法及集流体和应用
CN114583137B (zh) 一种在碳表面进行硫掺杂磷修饰的方法及其应用
CN108288714A (zh) 一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant