[發明專利]一種二次鋰離子電池的電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210436696.3
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102983316A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 黃云輝;伽龍;袁利霞
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于電化學、材料化學和化學電源產品技術領域，更具體地，涉及一種二次鋰離子電池的電極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，能源的匱乏和環境污染的加劇促使人們尋找以新的能源為動力的交通工具，動力電車(Electric?Vehicle，EV)和混合動力車(HybridElectric?Vehicle，HEV)正符合了新動力交通工具的發展要求。鋰離子電池因其能量密度大，使用壽命長，無自放電效應以及對環境友好等優點而被認為是驅動動力電車和混合動力車的最佳動力電源。

安全問題是阻礙鋰離子電池在動力電車和混合動力車上廣泛應用的關鍵因素，時而發生的因鋰離子電池引起的事故更加重了消費者對其安全性能的擔憂。目前，商業上應用的鋰離子電池負極材料為石墨，石墨的放電平臺只有0.1V左右，這么低的電化學窗口不能很好與廣泛應用的有機碳酸脂基電解液匹配。在第一次放電到1V以下后，電解液開始分解，在負極表面形成一層SEI膜。在大倍率充放電時，SEI膜易導致金屬鋰在碳電極表面析出而形成枝晶，鋰枝晶的存在可能導致電池的短路，進而帶來嚴重的安全隱患。

為滿足鋰離子動力電池對安全性能的要求，人們開始新的電化學窗口與有機碳酸脂基電解液匹配的負極材料。在眾多符合要求的候選材料中，具有尖晶石結構的Li₄Ti₅O₁₂引起穩定的結構和良好的循環性能而備受關注。Li₄Ti₅O₁₂于1996年被加拿大研究者K.Zaghib首次提出可采用其作負極與高電壓正極組成鋰離子蓄電池，之后人們對Li₄Ti₅O₁₂進行了大量的研究。然而Li₄Ti₅O₁₂的理論比容量只有175mAh/g，不足石墨的一半，完全不能滿足人們對鋰離子動力電池高功率和能量密度的要求。此外，其他的一些鈦基和鈮基的氧化物如Li₂Ti₆O₁₃，LiNb₃O₈，AlNbO₄以及LiTiNbO₅也由于欠佳的比容量或循環性能而不能得到廣泛的應用。因此，尋找電化學窗口與有機電解液匹配的高比容量的鋰離子電池負極材料對動力汽車和混合動力汽車的推廣具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種二次鋰離子電池的電極材料，旨在解決現有技術中鋰離子電池的比容量低安全性能不足導致動力電車和混合動力車不能推廣的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種二次鋰離子電池的電極材料，所述電極材料的化學式為Ti_xNb_yO_z；1∶24≤x∶y≤1∶1。

本發明提供的電極材料作為鋰離子電池負極材料，理論比容量高，在其工作電壓范圍3-1V內沒有SEI膜的形成，具有高的可逆比容量、小的電壓弛豫、高的庫倫效率和優異的循環性能、安全性好。

本發明還提供了一種制備上述的電極材料的方法，包括下述步驟：

S1：將含有x?mol鈦元素的鈦源與含有y?mol鈮元素的鈮源混合后燒結，并獲得電極材料Ti_xNb_yO_z粉末，1∶24≤x∶y≤1∶1。

更進一步地，在步驟S1中，將鈦源與鈮源通過球磨或研磨的方法直接進行混合后再進行燒結。

更進一步地，步驟S1具體包括：S11：將有機鈦源、螯合劑溶于有機溶劑中形成鈦溶液；S12：將鈮源溶于水中形成鈮溶液；S13：將鈦溶液與鈮溶液混合均勻后烘干形成溶膠，并將所述溶膠進行烘烤處理后形成凝膠；S14：對所述凝膠進行研磨后再進行燒結，獲得電極材料Ti_xNb_yO_z粉末。

更進一步地，所述鈦源包括二氧化鈦或有機鈦鹽。

更進一步地，所述有機鈦鹽包括鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯。

更進一步地，所述鈮源包括五氧化鈮、草酸鈮、金屬鈮粉或乙醇鈮。

更進一步地，所述螯合劑包括檸檬酸、乙酰丙酮或乙二胺四乙酸。

更進一步地，有機溶劑包括甲醇、乙醇或丙醇。