[發(fā)明專利]一種鋰離子/鈉離子電池用多元全活性負極材料、負極及電池

在審

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• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN109873130A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 李文武;張海燕;余家樂;廖俊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種鋰離子/鈉離子電池用多元全活性負極材料。本發(fā)明提供的負極材料比容量高，首次庫倫效率高且充放電電壓平臺差別小、電壓平臺適中的適用于鋰離子電池和鈉離子電池的負極，并提供了包括該種負極的鋰離子電池和鈉離子電池，由此解決目前鋰離子電池以及鈉離子電池的負極存在容量不足或者首次庫倫效率比較低的技術問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學及電池技術領域，具體涉及一種鋰離子/鈉離子電池用多元全活性負極材料、負極及電池。

背景技術

與鎳氫、鎳鎘等傳統(tǒng)儲能電池相比，鋰離子電池具有能量密度大、輸出功率高、循環(huán)性能優(yōu)越、使用壽命長等優(yōu)點，是現(xiàn)代廣泛作電動汽車、便攜移動設備、移動通信等的主電源。雖然鋰電池的性能在過去的二十年得到了飛躍的進展，但是遠不能滿足汽車行業(yè)的要求。在能量密度上，遠不如內(nèi)燃機。為了突破能量密度瓶頸，我們需要開發(fā)新的電極材料來代替商用的LiCoO₂正極和石墨負極。對于負極材料，轉(zhuǎn)換反應型的金屬氧化物、合金反應型的硅、鍺、錫負極被認為是石墨負極的替代者。他們的理論容量是石墨負極(理論容量僅為372mA h/g)的幾倍，但首效低，并且循環(huán)穩(wěn)定性遠不如石墨。因此亟需開發(fā)一種具有高容量、高首效、高循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子電池負極材料。

但鋰離子電池在大規(guī)模應用時，其成本問題就凸顯出來了。我國鋰資源匱乏，而鈉資源儲量很大，并且容易獲取。因此開發(fā)高性能的鈉離子電池來替代鋰離子電池成為降低二次電池成本的一條重要途徑。目前室溫鈉離子電池負極材料缺乏，其中具有商業(yè)應用前景的硬碳容量僅為200mA h/g。如此低的容量嚴重限制了鈉離子電池的能量密度。因此，目前室溫鈉離子電池中也缺乏綜合性能優(yōu)良的負極。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種比容量高，首次庫倫效率高且充放電電壓平臺差別小、電壓平臺適中的適用于鋰離子電池和鈉離子電池的負極，并提供了包括該種負極的鋰離子電池和鈉離子電池，由此解決目前鋰離子電池以及鈉離子電池的負極存在容量不足或者首次庫倫效率比較低的技術問題。

本發(fā)明提供了一種鋰離子/鈉離子電池用多元全活性負極材料，包括

鋅鍺磷化合物、鋅硅磷化合物、鋅硅鍺磷固溶體、鋅硅鍺磷化合物、第一復合物、第二復合物、第三復合物、第四復合物、第五復合物、第六復合物和第七復合物中的一種或多種；

其中，鋅鍺磷化合物、鋅硅磷化合物、鋅硅鍺磷固溶體和鋅硅鍺磷化合物中的一種或多種與單質(zhì)形成第一復合物，所述單質(zhì)選自Zn、P、Si和Ge中的一種或多種；

鋅鍺磷化合物、鋅硅磷化合物、鋅硅鍺磷固溶體和鋅硅鍺磷化合物中的一種或多種與二元化合物形成第二復合物，所述二元化合物選自SiP₂或/和ZnP₂；

鋅鍺磷化合物、鋅硅磷化合物、鋅硅鍺磷固溶體和鋅硅鍺磷化合物中的一種或多種與導電組元所形成第三復合物；

所述第一復合物與第二復合物形成第四復合物；

所述第一復合物與導電組元形成第五復合物；

所述第二復合物與導電組元形成第六復合物；

所述第四復合物與導電組元形成第七復合物；

所述鋅鍺磷化合物包括：

ZnGeP₂和由鋅、鍺和磷形成的三元非計量比化合物和/或固溶體中的一種或多種；

所述鋅硅磷化合物包括：

ZnSiP₂和由鋅、硅和磷形成的三元非計量比化合物和/或固溶體中的一種或多種；

所述鋅硅鍺磷固溶體或鋅硅鍺磷化合物包括：