[發明專利]一種硼酸鹽類鋰離子電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010040599.7
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111244444A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王保峰;許貝貝;徐正杰;陳晗
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;吳寶根

本發明公開了一種硼酸鹽類鋰離子電池負極材料及其制備方法。所述的硼酸鹽類鋰離子電池負極材料的化學式為Co_xNi_(3?x)(BO₃)₂，其中，0≤x≤3。制備方法為：將硼源與鎳源和/或鈷源混合均勻，于氧化性氣氛條件下燒結，經過冷卻后制得硼酸鹽類鋰離子電池負極材料。本發明的Co_xNi_(3?x)(BO₃)₂材料，原料來源廣泛、成本低廉、安全性能好并且環境友好。并具有工藝流程簡單，設備要求低，產品純度高等特點。制得的Co_xNi_(3?x)(BO₃)₂材料具有高的比容量，長循環壽命和高倍率性能，是一種具有應用潛力的鋰離子電池負極材料，有望成為下一代高容量鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明屬于電化學儲能材料，具體來說是基于Co_xNi_(3-x)(BO₃)₂的硼酸鹽類鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

化石燃料是全球使用最為廣泛的能源資源。與化石燃料相關所帶來的資源枯竭，環境污染以及政治動蕩的風險，已經導致各種可再生能源和清潔能源，如風能，太陽能和潮汐能的迅速出現。在眾多相關儲能技術中，鋰離子電池具有能量密度高、循環穩定性優異以及環境友好等優點，被廣泛應用于電動汽車、便攜式電子設備以及大規模儲能等領域。

目前商品化的鋰離子電池負極材料主要有天然石墨、硅等。但是石墨的理論比容量很低，只有372mAh/g，硅的理論比容量可以達到4200mAh/g，但是硅在充放電過程中出現顯著的體積效應，從而導致該材料的循環穩定性很差。因此，開發新型高容量、長循環壽命負極材料是實現鋰離子電池應用的基礎。

聚陰離子型化合物硼酸鹽作為鋰離子電池負極材料時，具有理論比容量高、循環壽命長、儲量豐富、環境友好及資源分布廣等優點。Liu等采用水熱法及高溫熱解法制備了一種新型花狀Ni₃B₂O₆納米結構硼酸鎳，且未添加任何模板與表面活性劑，并將這種花狀納米結構材料作為鋰離子電池負極材料，其初始放電容量達到731.2mAh/g，充電容量為423.6mAh/g，首次不可逆容量較大，需進一步改善(Solid State Sciences,37(2014)131-135)。Kim等通過球磨及微波加熱制備VBO₃/C復合材料，當這種復合材料用于鋰離子電池負極時，其初始容量為563mAh/g，循環50圈后容量衰減到362mAh/g，其循環性能還有待提高。(Journal of Alloys and Compounds,732(2018)506-510)。隨著人們對鋰離子電池的探索不斷深入，人們渴望開發具有高比容量、長循環壽命和優異倍率性能等優異電化學性能且制備方法簡單的新型材料，來滿足鋰離子電池發展的需求。

發明內容

為了提高單金屬硼酸鹽的電化學性能，復合或雙金屬硼酸鹽被認為是摻入這些基質的理想方式。本發明所要解決的技術問題是：提供具有比容量高，循環壽命長和倍率性能好的鋰離子電池負極材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：

一種硼酸鹽類鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述的硼酸鹽類鋰離子電池負極材料的化學式為Co_xNi_(3-x)(BO₃)₂，其中，0≤x≤3。

優選地，所述的硼酸鹽類鋰離子電池負極材料的晶體結構為粒鎂硼石型，屬于正交晶系，Pnmn空間群。

本發明還提供了硼酸鹽類鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括：將硼源與鎳源和/或鈷源混合均勻，于氧化性氣氛條件下燒結，經過冷卻后制得硼酸鹽類鋰離子電池負極材料。