[發明專利]一種摻鋰高熵氧化物電池負極材料及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 202011415573.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112537804B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 王志遠;田康輝;劉延國;王丹;孫宏宇
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

本發明公開了一種摻鋰高熵氧化物電池負極材料及其制備和應用方法，屬于鋰離子電池材料領域，本發明通過高溫固相法合成摻鋰高熵氧化物作鋰電負極材料，摻鋰有效的提高了電極材料的首次放電容量，而熵穩定效應改善了材料的循環穩定性。這種良好的協同作用所產生的性能增益，效果明顯優于傳統的元素摻雜。電池負極材料在鋰離子電池半電池測試中在100mAhg^?1的電流密度下，首次可逆比容量為400～720mAhg^?1，經過100次循環后，比容量為300～720mAhg^?1，表現出優異的電化學性能。本發明提供的制備方法工藝簡單、可操作性強、適合工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，特別涉及一種摻鋰高熵氧化物電池負極材料及其制備和應用方法。

背景技術

可充電鋰離子電池具有能量密度高、充放電速度快、自放電率低、成本低等優點，已經被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車領域。作為鋰離子電池最重要的部分之一，負極材料一直是研究的重點課題。迄今為止，商業化的負極材料依然以石墨類碳材料為主。石墨類碳材料具有優良的導電性、穩定的放電電位，在充放電過程中穩定的結構以及低廉的價格、成熟的工藝等優點，使得其至今仍處于無法取代的地位。然而，該材料也具有一個不可忽視的缺陷，理論比容量只有372mAh/g。目前商業化碳材料的比容量已經非常接近其理論容量，但是這樣的容量大小已經無法滿足人們的需求。因此，取代石墨積極探索新型高容量鋰離子電池負極材料體系，已成為國內外研究的熱點。

相較于石墨負極材料，過渡金屬氧化物具有更高的理論容量和優異的循環穩定性，以及較高的安全系數，而且地殼中資源儲存量大，原料易得，對環境友好，因此一度成為鋰離子電池新型負極體系的候選材料。但是過渡金屬氧化物作電極材料普遍存在電子電導率低，充放電過程體積變化較大而導致材料粉化脫落現象嚴重，并且形成SEI膜使鋰離子電池的不可逆容量損失較大，倍率性能差等性能缺陷，從而限制了其在實際中的應用。

近年來，氧化物體系中晶體結構熵穩定化的概念導致“高熵氧化物”領域成為人們研究的熱點。高熵氧化物作為新型氧化物體系，打破了傳統摻雜氧化物的設計理念，由五種及以上氧化物以等摩爾或近等摩爾構成，因其具有簡單的結構和優異的性能等受到國內外研究人員的廣泛關注。這些化合物將多種金屬陽離子結合到單相晶體結構中，由于各種金屬陽離子之間的多重相互作用而產生有趣、新穎的性質，如高效的鋰離子儲存性能、超大的介電性能、獨特的磁學性能，以及優異的催化性能和熱化學裂解水的能力等。高熵氧化物充分利用了各金屬陽離子豐富的價態特性以及各離子之間的相互協同作用，在很大程度上改善了過渡金屬氧化物作負極材料而存在的本質缺陷，表現出優異的電化學性能，因而在能源存儲材料方面有十分廣闊的應用前景。但是，目前的高熵氧化物的可逆比容量和循環穩定性還有待提高。

發明內容

針對目前高熵氧化物以及傳統過渡金屬氧化物作負極材料時電子電導率較低、充放電可逆比容量較低和循環穩定性差等關鍵問題，本發明提供一種摻鋰高熵氧化物電池負極材料及其制備和應用方法，采用摻鋰技術提高材料性能，且方法簡單，操作方便。其具體技術方案如下：