[發(fā)明專利]一種鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010849013.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN111969189B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周雄;唐月嬌;張亮;吳小園;陳曉濤;石斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 貴州派騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，以鋰源、二氧化鈦和有機(jī)碳源為原料，通過高溫固相法得到碳包覆鈦酸鋰顆粒，然后碳包覆鈦酸鋰顆粒與鋰源和釩源進(jìn)行熱處理，得到高導(dǎo)電層表面雙層包覆的鈦酸鋰電極材料，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、易于操作、成本低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，制備的鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料具備三維導(dǎo)電，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可應(yīng)用于高功率電池領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著相關(guān)新能源動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，要求配置的儲(chǔ)能電源具有高比能量、較大功率、高安全可靠、寬工作溫度范圍等特性。而傳統(tǒng)高壓鈷酸鋰、普通鎳鈷錳酸鋰和磷酸鐵鋰體系鋰離子電池已逐漸無法滿足后續(xù)的迫切要求，因此具備大倍率放電能力的高功率動(dòng)力電池是下一代儲(chǔ)能電源的重要方向。作為一種非常有前途的鋰離子電池負(fù)極材料，尖晶石型鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)因其結(jié)構(gòu)“零應(yīng)變”、優(yōu)異的循環(huán)性能和寬的工作溫度范圍受到人們廣泛的研究，目前已經(jīng)在新能源汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)得到了應(yīng)用，隨著鈦酸鋰的技術(shù)的不斷突破，有望在高安全性、高穩(wěn)定性、高功率特性和長(zhǎng)周期等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。然而，鈦酸鋰較低的電子和離子電導(dǎo)率使得大電流密度下它的倍率性能較差，有必要對(duì)其進(jìn)行改性研究來提高其大電流密度下的電化學(xué)性能。結(jié)構(gòu)納米化、金屬元素?fù)诫s、表面包覆和復(fù)合化是提高鈦酸鋰導(dǎo)電性的有效方法。其中，鈦酸鋰材料復(fù)合化目前以碳材料和金屬單質(zhì)為主要研究對(duì)象。

釩酸鋰(Li₃VO₄)負(fù)極材料，其放電電位集中在0.5V～1V，相較于石墨有更高的放電電位從而提高電池的安全性能，相對(duì)于鈦酸理負(fù)極材料具有更高的容量和較低的放電平臺(tái)，與其他正極材料匹配具有更寬的放電電壓，從而使材料具有更高的容量。研究發(fā)現(xiàn)，釩酸鋰具有很高的離子電導(dǎo)率，通過調(diào)控原料中V、Ti比例并調(diào)控反應(yīng)環(huán)境，有望獲得鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料，復(fù)合結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)整體導(dǎo)電性能，同時(shí)Li₄Ti₅O₁₂可以有效抑制Li₃VO₄在焙燒過程中的晶粒生長(zhǎng)，提升其鋰離子擴(kuò)散效率，所得鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料有望獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。

專利申請(qǐng)?zhí)朇N201911071751.1提供了氧化還原電勢(shì)較低、功率密度較大、倍率性能優(yōu)異的一種磷摻雜釩酸鋰的鋰離子電池負(fù)極材料及其制法，并且解決了鋰過渡金屬鹽的電子電導(dǎo)率較低，導(dǎo)電性較差，Li+和電荷在負(fù)極材料和電解液中的遷移和傳輸速率很低的問題，包括以下按重量分?jǐn)?shù)計(jì)的配方原料，其特征在于：10-14份活化多孔碳、68-78份Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4、12-18份粘黏劑，制法包括以及以下實(shí)驗(yàn)藥品：煤灰粉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鋰、五氧化二釩、磷酸二氫銨、稀鹽酸、蒸餾水、無水乙醇。

專利申請(qǐng)?zhí)朇N201610116871.9提供了一種高性能鋰離子電池負(fù)極材料碳包覆釩酸鋰的制備方法，制備的釩酸鋰具有材料顆粒均勻、批次穩(wěn)定、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，同時(shí)此材料具有較好的放電平臺(tái)，該發(fā)明有效解決了釩酸鋰電子電導(dǎo)率低難以用作商品化鋰離子電池負(fù)極材料的問題。

但目前以釩酸鋰為原料制備的負(fù)極材料在比容量和循環(huán)性能仍有待提高，為此，本專利發(fā)展了一種基于高溫固相的鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料制備方法，結(jié)合高能球磨獲得Li₄Ti₅O₁₂、Li₃VO₄與碳包覆均勻分布的鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，該方法用有機(jī)碳源作為L(zhǎng)i₄Ti₅O₁₂的碳包覆層，之后在將碳包覆顆粒與Li₃VO₄進(jìn)行復(fù)合，使得復(fù)合材料具有三維鋰離子擴(kuò)散通道，提高了鈦酸鋰的導(dǎo)電性，大電流充放電性能和可逆容量。