[發明專利]一種鋰離子電池復合型負極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201210362677.0
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN103682332A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 葉海林;張光輝
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/485
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，特別是涉及一種鋰離子電池復合型負極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

自上世紀九十年代起，在眾多的能源替代產品中，鋰離子電池以較高的能量密度、良好的循環性能、無記憶效應等特點受到人們的密切關注。隨著低碳經濟的方興未艾，鋰離子電池正朝著動力汽車和電網儲能等方向積極發展，因此，開發能量密度高、循環壽命長的鋰離子電池已成為業界研究的重點。

目前商業化的鋰離子電池大多采用碳系材料作為負極，但碳系負極材料存在很多缺陷，例如，首次充放電形成固體電解質界面膜（SEI）造成不可逆容量損失，循環性能不足，存在高溫失效風險和安全風險等，這些問題使得碳系材料已經無法滿足儲能電池的需求。還有部分鋰離子電池采用合金材料作為負極材料，合金材料雖然具有很高的比容量，但是合金材料體積膨脹大，循環性能差，無法滿足市場化應用的需求。

另外，也有采用硫或硫化物（如NiS，FeS₂，FeS，TiS₂）材料作為負極儲鋰電極材料的鋰電池，這些材料嵌鋰容量高，如NiS和FeS₂的嵌鋰容量為600mAh/g左右，但這些材料循環性能較差，原因是在充放電過程中，硫化物活性物質易發生團聚使得其循環性能降低，且硫化物活性物質易與電解液反應而分解，導致可逆容量減少，因此無法滿足儲能電池的高循環性能要求。

發明內容

鑒于此，本發明實施例第一方面提供了一種鋰離子電池復合型負極材料，以解決硫化物負極材料易團聚、易與電解液反應而分解，從而導致電池具有較低的耐久性和循環性能的問題。本發明實施例第二方面提供了一種鋰離子電池復合型負極材料的制備方法。本發明實施例第三方面提供了一種鋰離子電池。

第一方面，本發明實施例提供了一種鋰離子電池復合型負極材料，包括過渡金屬硫化物，以及設置在所述過渡金屬硫化物表面的包覆層，所述過渡金屬硫化物為NiS、FeS₂、FeS、TiS₂、MoS和Co₉S₈中的一種或多種，所述包覆層的材料包括鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂。

與現有技術相比，本發明提供的鋰離子電池復合型負極材料由過渡金屬硫化物，以及設置在過渡金屬硫化物表面的包覆層組成，其中，過渡金屬硫化物選自NiS（硫化鎳）、FeS₂（二硫化鐵）、FeS（硫化亞鐵）、TiS₂（二硫化鈦）、MoS（硫化鉬）和Co₉S₈（硫化鈷）中的一種或多種。這些過渡金屬硫化物的嵌鋰容量高，如NiS和FeS₂的嵌鋰容量為600mAh/g左右，因而能使鋰離子電池復合型負極材料具有較高的容量。

包覆層的材料包括鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂，具有以下幾大優勢：（1）鈦酸鋰為“零應變”電極材料，根據S.Schamer等人的研究結果(J.of?electrochemical?society,146(3),1999,857,861)，立方尖晶石結構的鈦酸鋰在鋰離子嵌入－脫嵌過程中，晶格參數最大從8.3595縮小到8.3538，晶格常數變化很小，體積變化很小，保持了高度的結構穩定性，因此具有優異的循環性能；（2）鈦酸鋰具有三維鋰離子通道，其鋰離子擴散系數比碳系負極材料大一個數量級，可提高鋰電池的倍率性能；（3）鈦酸鋰的平衡電位約1.55V，可有效避免金屬鋰沉積，提高了鋰離子電池的安全性能，同時由于嵌鋰電位高，沒有達到SEI膜形成電位，電解液在鈦酸鋰表面基本不發生還原分解，有利于維持電解液的穩定，提高循環性能。但是鈦酸鋰比容量低，利用其制作的電池，能量密度較低，同時鈦酸鋰材料價格較貴，嚴重影響了鈦酸鋰為負極的電池的商業化使用。