[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈮酸鈦負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911065380.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110931730B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許曉雄;崔言明;張秩華;詹盼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江鋒鋰新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京維正專(zhuān)利代理有限公司 11508
• 代理人: 魯勇杰

本發(fā)明公開(kāi)了一種鈮酸鈦負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)方案要點(diǎn)是一種鈮酸鈦負(fù)極材料，包括核結(jié)構(gòu)和包覆在核結(jié)構(gòu)表面的殼結(jié)構(gòu)，所述核結(jié)構(gòu)的主要成分為鈮酸鈦，所述殼結(jié)構(gòu)的主要成分為L(zhǎng)i₃YCl₆。本發(fā)明通過(guò)在鈮酸鈦的表面包覆一層既導(dǎo)電子又導(dǎo)鋰離子的硫化物電解質(zhì)Li₃YCl₆，解決了鈮酸鈦材料的電子導(dǎo)電率與離子導(dǎo)電率低的問(wèn)題，并且利用硫化物電解質(zhì)Li₃YCl₆的高形變特性緩解了鈮酸鈦在循環(huán)過(guò)程中因體積膨脹收縮導(dǎo)致的電池失效的問(wèn)題，并解決了鈮酸鈦與硫化物電解質(zhì)相容性低的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，它涉及一種鈮酸鈦負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作；和所有化學(xué)電池一樣，鋰離子電池由三個(gè)部分組成：正極、負(fù)極和電解質(zhì)；電極材料都是鋰離子可以嵌入(插入)/脫嵌(脫插)的。傳統(tǒng)的鋰離子電池的正極材料多采用鋰鐵磷酸鹽，負(fù)極材料多采用石墨；但是傳統(tǒng)石墨負(fù)極由于鋰的嵌入能力較差，容易在表面沉積鋰形成鋰枝晶，對(duì)電池的循環(huán)性能和安全性能造成較大的影響，因此，人們對(duì)致力于研究新型電極材料；早期，L.G.J.De Harrt等人將高純度的TiO₂粉末和Nb₂O₅粉末混合后，在1200℃燒結(jié)得到鈮酸鈦(TiNb₂O₇)，并將該材料應(yīng)用于光伏電池的電極材料；相比于石墨類(lèi)碳材料，鈮酸鈦具有較高的比容量和更好的安全性，因此鈮酸鈦負(fù)極材料具有很好的發(fā)展前景；但是目前由于鈮酸鈦的電子/離子導(dǎo)電性較差，表現(xiàn)為其存在庫(kù)倫效率低、循環(huán)性能以及倍率性能下降的問(wèn)題。

鋰離子電池所用的電解質(zhì)可以分為液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)，由于在傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)中，鋰金屬不穩(wěn)定的沉淀以及枝晶生長(zhǎng)會(huì)引發(fā)一系列的安全問(wèn)題，因此相比于液態(tài)電解質(zhì)，具有不可燃燒性的固態(tài)電解質(zhì)更適合于作為鋰電池的電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)可以分為無(wú)機(jī)陶瓷電解質(zhì)、有機(jī)聚合物電解質(zhì)和有機(jī)無(wú)機(jī)混合電解質(zhì)，而無(wú)機(jī)陶瓷電解質(zhì)又包含LiPON、Li₃N、鈣鈦礦型(LLTO)、石榴石型(LLZO)、鋰超離子導(dǎo)體(LSPO)、鈉超離子導(dǎo)體(NSPO)、硫化物電解質(zhì)(LGPS)等。由于無(wú)機(jī)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率比有機(jī)電解質(zhì)高很多，其中硫化物電解質(zhì)(LGPS)的離子電導(dǎo)率可以媲美于液體電解質(zhì)，因此硫化物電解質(zhì)也越來(lái)越受到研究人員的青睞。因此，以硫化物電解質(zhì)與鈮酸鈦電極材料作為新型鋰離子電池是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，但是，目前鈮酸鈦電極材料與硫化物電解質(zhì)之間仍然存在相容性較低的問(wèn)題，并且鈮酸鈦?zhàn)陨泶嬖诘碾娮?離子導(dǎo)電性較差，表現(xiàn)為其存在庫(kù)倫效率低、循環(huán)性能以及倍率性能下降的問(wèn)題，這些問(wèn)題仍然限制著鈮酸鈦?zhàn)鳛殡姌O材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種鈮酸鈦負(fù)極材料，其通過(guò)在鈮酸鈦的表面包覆一層既導(dǎo)電子又導(dǎo)鋰離子的硫化物電解質(zhì)Li₃YCl₆，解決了鈮酸鈦材料的電子導(dǎo)電率與離子導(dǎo)電率低的問(wèn)題，并且利用硫化物電解質(zhì)Li₃YCl₆的高形變特性，緩解了鈮酸鈦在循環(huán)過(guò)程中因體積膨脹收縮導(dǎo)致的電池失效的問(wèn)題，并解決了鈮酸鈦與硫化物電解質(zhì)相容性低的問(wèn)題。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種鈮酸鈦負(fù)極材料，包括核結(jié)構(gòu)和包覆在核結(jié)構(gòu)表面的殼結(jié)構(gòu)，所述核結(jié)構(gòu)的主要成分為鈮酸鈦，所述殼結(jié)構(gòu)的主要成分為L(zhǎng)i₃YCl₆。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在鈮酸鈦的表面包覆一層既導(dǎo)電子又導(dǎo)鋰離子的硫化物電解質(zhì)Li₃YCl₆，解決了鈮酸鈦材料的電子導(dǎo)電率與離子導(dǎo)電率低的問(wèn)題，由于硫化物電解質(zhì)的高形變特性緩解了鈮酸鈦在循環(huán)過(guò)程中由于體積膨脹收縮導(dǎo)致的電池失效，并解決了鈮酸鈦與硫化物電解質(zhì)相容性低的問(wèn)題。