[發(fā)明專利]一種二次鋰離子電池的電極材料的制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111584863B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 林春富;黃慈輝;趙修松
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;B60L50/64;C01G33/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明屬于電化學、材料化學和化學電源產品技術領域，更具體地，涉及一種二次鋰離子電池的電極材料的制備方法及其應用。本發(fā)明所提供的電極材料的化學式為NaNb13O33。本發(fā)明提供的電極材料用于鋰離子電池的負極，具有理論比容量高、安全性能高、可逆比容量高、庫侖效率高和循環(huán)性能極其優(yōu)異等優(yōu)點。本發(fā)明提供的電極材料所涉及的制備方法簡單，適用于電動汽車等高能量大功率器件充放電，在鋰離子電池領域具有廣闊的應用前景。本發(fā)明為用于鋰離子電池負極的材料提供了更多的選擇，大力推進鋰離子電池的發(fā)展從而加速電動汽車的推廣。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學、材料化學和化學電源產品技術領域，更具體地，涉及一種二次鋰離子電池的電極材料的制備方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有高的能量輸出、高的轉換效率和長的使用壽命等優(yōu)點，已被廣泛用于人類生活的各個領域。目前已經商業(yè)化的鋰離子電池負極材料主要有石墨和鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）。石墨擁有較高的可逆比容量（約330 mAh/g）、低的成本和較長的循環(huán)壽命，被廣泛運用于小型電子設備。然而，石墨存在著不可忽視的安全問題。石墨的工作電勢很低，在較大的倍率充放電時容易產生鋰枝晶。鋰枝晶的生成極大地增加了電池短路的概率，從而帶來嚴重的安全隱患。此外，石墨的鋰離子擴散速率不高，導致其倍率性能不佳。這些問題嚴重限制了其在高性能鋰離子電池中的應用，尤其在電動汽車領域。Li₄Ti₅O₁₂擁有十分安全和穩(wěn)定的工作平臺以及優(yōu)異的循環(huán)性能。經過改性后的Li₄Ti₅O₁₂可實現快速的充放電。但是，Li₄Ti₅O₁₂較小的可逆比容量（僅約170 mAh/g）使其難以用于高能量密度的鋰離子電池。因此開發(fā)具有高的安全性、可逆比容量、倍率性能和循環(huán)性能的鋰離子電池負極材料是十分有必要的。

發(fā)明內容

針對鋰離子電池現有商業(yè)化負極材料的綜合性能不佳的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能良好的二次鋰離子電池的電極材料-鈮基負極材料的制備方法，其擁有高的安全性能、比容量、首周庫侖效率、倍率性能和循環(huán)性能。

本發(fā)明還提供了制備得到的二次鋰離子電池的電極材料的應用。

本發(fā)明為了實現上述目的所采用的技術方案為：

本發(fā)明一種NaNb₁₃O₃₃在二次鋰離子電池中的負極材料的應用。

進一步的，所述負極材料應用于電動汽車動力鋰離子電池。

本發(fā)明所使用的負極材料NaNb13O33采用的制備方法如下：

1）將化學計量比的鈉源和鈮源通過球磨混合后預燒，即得NaNbO3；

2）將化學計量比的NaNbO3和鈮源通過球磨混合后燒結，即得NaNb₁₃O₃₃。

進一步的，所述鈉源為氫氧化鈉或鈉鹽；所述鈮源為五氧化二鈮或鈮鹽；所述鈉鹽為碳酸鈉或硝酸鈉或乙酸鈉或氯化鈉或碳酸氫鈉；所述鈮鹽為五氯化鈮或草酸鈮或乙醇鈮。

進一步的，所述燒結的溫度為950-1300℃，燒結的時間為1-24 h。

上述制備方法中所使用的各原料如無特別說明，均為市售。