[發(fā)明專利]一種復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010757315.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN112072084B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡仁宗;文剛;蘭雪俠;熊興宇;朱敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 北京嘉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11687
• 代理人: 楊波

本發(fā)明公開了一種復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合電極材料包括：二氧化錫和磷，所述磷與所述二氧化錫轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的錫產(chǎn)生化合。本發(fā)明提供的復(fù)合電極材料以二氧化錫為主體原料，在二氧化錫中添加磷復(fù)合為電極材料，磷的加入可以與二氧化錫轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的錫產(chǎn)生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式進(jìn)行脫嵌鋰，改變了二氧化錫脫嵌鋰的反應(yīng)路徑，從而降低了二氧化錫的充電電壓平臺(tái)，同時(shí)提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的二氧化錫?磷復(fù)合電極材料在循環(huán)100～200次后容量保持率為80％～90％，且與純二氧化錫電極材料相比，充電電壓平臺(tái)降低了約0.5V，首次庫倫效率提高了15％～19％，可見通過添加磷可以有效調(diào)控復(fù)合電極材料的充電電壓并明顯提高首次庫倫效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的設(shè)備，因?yàn)樗某吣芰棵芏龋ぷ麟妷焊撸h(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用。目前商用碳負(fù)極材料存在的最大問題在于其理論比容量低，即使采用各種改性方法，如摻雜處理、表面包覆等，還是難以滿足其在高能量密度儲(chǔ)能系統(tǒng)如動(dòng)力電池方面的需求。所以尋找具有更高能量密度的新型負(fù)極材料來取代當(dāng)前主流的石墨負(fù)極是提升鋰離子電池性能具有重要意義。

適宜的嵌鋰電位對(duì)于鋰離子電池負(fù)極材料有著重要意義。嵌鋰電位過低，如硅、石墨等負(fù)極材料，嵌鋰電位接近析鋰電位，容易在循環(huán)過程中引發(fā)鋰枝晶，使電池存在安全隱患。嵌鋰電位過高，如金屬氧化物負(fù)極，與正極匹配時(shí)所得到的電勢(shì)差較低，導(dǎo)致電池的輸出電壓不足以及能量密度較低。因此采取合適的方法對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行嵌鋰電位調(diào)控能使材料具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)純二氧化錫負(fù)極的研究發(fā)現(xiàn)，二氧化錫負(fù)極轉(zhuǎn)化反應(yīng)部分的電壓平臺(tái)較高，與正極配合時(shí)形成的電勢(shì)差較低，導(dǎo)致不足的輸出電壓以及較低的能量密度，難以滿足器件的工作電壓要求，因此該部分的容量除非與超高壓的正極材料配合，否則難以得到有效利用。為了使二氧化錫負(fù)極的比容量能在全電池中盡可能多的發(fā)揮，需要對(duì)二氧化錫材料的嵌鋰電壓進(jìn)行調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，通過在二氧化錫中添加磷，加入的磷可以與二氧化錫轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的錫產(chǎn)生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式進(jìn)行脫嵌鋰，改變了二氧化錫脫嵌鋰的反應(yīng)路徑，從而降低了二氧化錫的充電電壓平臺(tái)，同時(shí)提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合電極材料，所述復(fù)合電極材料包括二氧化錫和磷，所述磷與所述二氧化錫轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的錫產(chǎn)生化合。

本發(fā)明提供的復(fù)合電極材料，以二氧化錫為主體原料，二氧化錫具有來源豐富、價(jià)格低廉、無毒無害、比容量高(1494mAh/g)、適中的嵌鋰電位等優(yōu)點(diǎn)。在二氧化錫中添加磷，磷具有良好的導(dǎo)電性以及與石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)，并且磷的嵌鋰電位適中(～0.7V)，與二氧化錫的嵌鋰電位相近，磷的加入可以與二氧化錫轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的錫產(chǎn)生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式進(jìn)行脫嵌鋰，改變了二氧化錫脫嵌鋰的反應(yīng)路徑，從而降低了二氧化錫的充電電壓平臺(tái)，同時(shí)提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的二氧化錫-磷復(fù)合電極材料在循環(huán)100～200次后容量保持率為80～90％，且與純二氧化錫電極材料相比，充電電壓平臺(tái)降低了約0.5V，首次庫倫效率提高了15％～19％，可見通過添加磷可以有效調(diào)控復(fù)合電極材料的充電電壓和并明顯提高首次庫倫效率。

第二方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合電極材料的制備方法，包括：

準(zhǔn)備復(fù)合電極材料的原料物質(zhì)和助磨劑，所述原料物質(zhì)至少包括二氧化錫和磷；

將所述原料物質(zhì)和助磨劑進(jìn)行球磨，得到復(fù)合電極材料。