[發明專利]一種多金屬氧酸鹽碳納米管鋰離子電池用電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410268879.8
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104051734A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 廖小東;王瑨;謝皎;蔣正偉
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;B82Y30/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 張吉

技術領域

本發明涉及鋰離子電池用的電極材料，尤其涉及一種多金屬氧酸鹽碳納米管鋰離子電池用電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著全球石油資源的嚴重不足，環境污染問題日益加重，對大規模清潔能源的需求越來越大，但太陽能，風能等清潔能源在時間、空間上分布不均勻，必須利用大規模儲能系統來保障電網的穩定性和電力供應的連續性。鋰電池作為一種有效的能量轉換和能量存儲設備，自發明以來一直倍受到關注，其工作電壓高、能量密度大、比能量高、比功率大、放電平穩、無記憶效應等特點廣泛應用于各種電子產品。雖然鋰電池在3C產品中取得了很大成功，但其在動力應用和儲能領域仍處于起步階段，制約其發展的關鍵因素是電極材料，目前主要應用于動力和儲能領域的正極材料是磷酸鐵鋰，磷酸鐵鋰相比于其它正極材料有熱穩定性和安全性的優勢，但由于其內部晶格限制，導電性較差，無法滿足大電流充放電的需求。

鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺?在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。正鋰離子電池能量密度高，平均輸出電壓高，自放電小，無記憶效應，工作溫度范圍寬，循環性能優越，使用壽命長。可快速充放電、充電效率高達95%以上，輸出功率大，不含有毒有害物質，是現代高性能電池的代表，可應用于電動自行車、電動汽車、電力系統發、輸、變、配、用各環節的儲能領域。正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等，應用在動力和儲能領域的主要正極是磷酸鐵鋰。但由于其自身內部結構所限，其電子傳導性和鋰離子傳導性較差，限制了其在動力和儲能領域的應用。因此，能滿足電子傳導性和鋰離子傳導性雙重要求的正極材料成為目前正極材料發展的趨勢。

另有中國專利公布號為CN103606652A，公告日為2014.2.26，公開了一種碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料的制造方法，該方法制得的電極材料，可提高鋰電池的電容量，提升其充放電性能，降低磷酸鐵鋰電極材料在燒結過程中的燒結溫度，縮短燒結時間，提高磷酸鐵鋰電極材料的放電比容量。但決定電池內阻的因素包括電子傳導性和離子傳導性，從該專利所描述來看，該方法制備的電極材料，僅提高了電子傳導性，但未從離子傳導性上著手，雖可在一定程度上提升放電比容量，但未必能保證電池具有大倍率放電的能力。

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發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種多金屬氧酸鹽碳納米管鋰離子電池用電極材料及其制備方法，鋰離子能在多金屬氧酸鋰鹽的三維骨架中自由傳輸，碳納米管由于其特殊的結構，導電性良好，兩種材料的結合，使該電極材料提高了電子傳導性和鋰離子傳導性，能滿足電子傳導性和鋰離子傳導性雙重要求。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種多金屬氧酸鹽碳納米管鋰離子電池用電極材料，其特征在于：所述電極材料包括多金屬氧酸鋰鹽和碳納米管。

所述多金屬氧酸鹽是為Li₃XY₁₂O₄₀或Li₄XY₁₂O₄₀，其中X指P、Si兩種元素中任意一種；Y指Mo、W兩種元素中任意一種。

多金屬氧酸鹽碳納米管鋰離子電池用電極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）分別配制多金屬氧酸與固體碳納米管水溶液；其中所述多金屬氧酸為H₃XY₁₂O₄₀或H₄XY₁₂O₄₀，其中X指P、Si兩種元素中任意一種，Y指Mo、W兩種元素中任意一種；

（2）將多金屬氧酸溶液加入碳納米管溶液中，反應4-20小時；

（3）然后加入氫氧化鋰LiOH溶液，反應4-12小時，得固體沉淀物；

（4）將固體沉淀物洗滌后，干燥，得到電極材料

所述多金屬氧酸與固體碳納米管的質量比為1：4-9。

所述氫氧化鋰LiOH與多金屬氧酸的摩爾比為3-4：1.

所述步驟（4）中固體沉淀物洗滌方式：先用蒸餾水，然后用酒精。

所述步驟（4）中洗滌后的固體沉淀物置于50-150℃真空干燥箱中干燥4-24小時，得到電極材料。

本發明具有以下優點：