鋰離子電池的安全性能除了與産品的設(shè)計、使用條件有關(guān)之外,還與電池所使用的材料密切相關(guān)。當(dāng)前,常見的鋰電池負(fù)極材料有石墨和鈦酸鋰。石墨的嵌鋰電壓過低及容易在大倍率放電時産生鋰枝晶,進(jìn)而會導(dǎo)致電池內(nèi)短路甚至熱失控;鈦酸鋰雖然具有較高的鋰化電壓,能鋰枝晶生長,但是其理論容量過低和導(dǎo)電性較差,導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中受到了極大的限制。有鑒于此,研究者開始使用具有高嵌鋰電壓和理論比容量等優(yōu)點的鎢酸鈮材料(Nb14W3O44)生産電極極片。
鎢酸鈮是將水合草酸鈮、偏鎢酸銨和燃料(如爲(wèi)甘氨酸、尿素或葡萄糖中的一種以上)在無機(jī)酸(如硝酸、鹽酸或硫酸)中均勻攪拌混合形成溶液,空氣氣氛中在1050~1250℃自蔓延燃燒反應(yīng),然後在上述溫度煆燒反應(yīng)制得的材料。值得一提的是,燃料優(yōu)選爲(wèi)甘氨酸,這是由于甘氨酸可與Nb5+、W6+離子形成配合物,避免其在燃燒過程中發(fā)生偏稀,且其點燃溫度較低,燃燒充分;無機(jī)酸優(yōu)選爲(wèi)硝酸,作用是防止Nb被水解。
含有Nb14W3O44的鋰離子電池負(fù)極材料的製備:在鎢酸鈮材料中適當(dāng)添加導(dǎo)電劑(如碳黑導(dǎo)電劑、碳纖維、碳納米管或石墨烯中的一種以上)和適量的羧甲基纖維素+丁苯橡膠等粘結(jié)劑後,用溶劑將其溶解分散成含負(fù)極活性物質(zhì)的合劑組成物(糊、漿等),將所述合劑組成物塗布到銅箔等導(dǎo)電集流體的單面或兩面,再除去溶劑,最終形成含負(fù)極活性物質(zhì)Nb14W3O44合劑層的帶狀成形體。值得一提的是,粘結(jié)劑的作用是Nb14W3O44粘合到集流體上,幷加強(qiáng)負(fù)極的機(jī)械整體性,提高固-固界面和/或固-液界面物理電接觸,增加整個負(fù)極的電子和離子的傳導(dǎo)性能。