[發明專利]一種新型鋰離子電池電極材料及其應用

有效

• 申請號: 201410101204.4
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103872293A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 郭玉國;張娟;殷雅俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術領域

本發明屬于能源材料的制備和電化學電源領域,具體涉及一種鋰離子電池電極材料。

背景技術

鋰離子電池是90年代后投放市場的新一代綠色環保電池，它因為工作電壓高、比能量大、循環壽命長、自放電功率小、無記憶效應、無污染等優點而被廣泛應用于便攜式電器及電動汽車中。近年來，尤其對便攜式設備的需求漸趨增大，開發小體積、大容量、長壽命、高效率的鋰離子電池體系是目前研究的熱點。碲，一種具有較高導電性的半導體材料，作為光電轉換材料用于能量轉換器件（如，CN102360962A）或作為催化劑材料用于燃料電池（如，CN102593472A）中。但還未被應用在鋰離子電池電極材料中。

發明內容

本發明提供了一種碲基材料,其包含碲-載體材料復合物，所述碲-載體材料復合物選自碲/碳復合物、碲/金屬氧化物復合物、碲/硫族金屬化合物、碲/導電聚合物復合物中的一種或幾種；

其中，所述金屬氧化物選自氧化錳、氧化鈦、氧化鈷、氧化錫、氧化鎢中的一種或多種；

所述的碲/碳復合物包括：碲/多孔碳復合物，碲/碳納米管復合物，碲/石墨烯復合物，碲/碳黑復合物，碲/石墨復合物，碲/中間相碳微球復合物；多孔碳選自含有大孔、介孔、微孔及分級多孔碳中至少一種的碳材料；碳黑選自乙炔黑、科琴黑中的一種或多種；石墨選自天然石墨、人工石墨、改性石墨中的一種或多種；

所述的導電聚合物選自聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚苯、聚丙烯腈的一種或多種。

所述硫族金屬化合物包括金屬硫化物、金屬硒化物、金屬碲化物。其中金屬至少選自Ca、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Nb、Pb、Sb、Ge中的一種或多種。

優選地，所述碲-載體材料復合物選自碲/碳復合材料和碲/硫族金屬化合物。尤其優選，所述碲-載體材料復合物選自碲／微孔碳載體復合物、碲／碲化銅復合材料、碲／聚吡咯／碲化銅復合材料。本發明提供了一種碲基電極材料。該電極含有上述碲基材料、粘結劑和導電添加劑。

進一步的，粘結劑為水系粘結劑或水系粘結劑與有機體系粘結劑的組合；水系粘結劑選自：海藻酸鈉，羧甲基纖維素鈉，羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠復合物，環糊精，聚環氧乙烷中的一種或多種；有機體系粘結劑選自：聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種。優選地，所述粘結劑為羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠復合物時效果最優。

進一步的，導電添加劑選自Super-P（導電炭黑的一種），科琴黑（ketjenblack?EC-600JD，導電炭黑的一種），碳納米管，石墨烯中的一種或者多種混合物。優選的，所述導電添加劑為石墨烯、科琴黑及Super-P以1:0.5:0.5時效果最優。

本發明提供了一種金屬鋰二次電池，包括作為負極的金屬鋰、作為正極的上述碲基電極材料和有機電解液。

進一步的，電解質選自液體電解質和固體電解質；

其中，所述的液體電解質包括基于質子性有機溶劑和離子液體的電解質；固體電解質包括無機固態電解質、凝膠聚合物電解質和固態聚合物電解質；

基于質子性有機溶劑的電解質選自醚電解液和碳酸酯電解液；醚電解液的溶劑選自1,3-二氧戊環、乙二醇二甲醚和三乙二醇二甲醚中的至少一種，溶質選自六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、碘化鋰和二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰中的至少一種；碳酸酯電解液的溶劑選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一種，溶質選自六氟磷酸鋰、高氯酸鈉、碘化鋰和二（三氟甲基磺酰）亞胺鋰(LiTFSI)中的至少一種；

所述無機固態電解質選自一種或多種固態陶瓷電解質；

所述聚合物電解質選自聚環氧乙烷(PEO)、聚乙二醇二甲醚(PEGDME)、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)中的一種或幾種。

本發明提供了一種鋰離子電池，包括能夠可逆嵌脫鋰的正極，負極和電解質，其特征在于，負極以碲基材料作為活性物質，且所述正極和負極中都包含粘結劑，優選地，所述正極或負極中包含水溶性膠作為粘結劑，特別優選地，所述正極和負極中都包含水溶性膠作為粘結劑。

進一步的，正極材料為嵌鋰化合物，選自鋰過渡金屬氧化物和聚陰離子正極材料，選自錳酸鋰及其復合物，三元正極材料（LiNixCoyMn1-x-yO2）及其復合物、鈷酸鋰及其復合物，磷酸鐵鋰及其復合物，富鋰材料及其復合物(xLi2MnO3(1-x)LiMO2(M=Co,Ni,Mn))。