[發明專利]復合負極材料及其制備方法、負極材料及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110520487.6
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN112952075B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 許鑫培;江衛軍;陳思賢;鄭曉醒;王鵬飛;施澤濤
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁文惠

本發明提供了一種復合負極材料及其制備方法、負極材料及鋰離子電池。該復合負極材料包括缺陷型過渡金屬氧化物和鈦酸鋰，其中，鈦酸鋰以包覆和/或摻雜的方式與缺陷型過渡金屬氧化物復合，缺陷型過渡金屬氧化物為二次顆粒，缺陷型過渡金屬氧化物中的過渡金屬元素選自鎢、釔、錫中的任意一種。本申請一方面利用鈦酸鋰包覆和摻雜于缺陷型過渡金屬氧化物使得極大地降低了缺陷型過渡金屬氧化物與電解液副反應的幾率。另一方面鈦酸鋰的“零應變性”極大地緩減了電池負極在脫嵌鋰離子過程中的體積膨脹效應，從而進一步提高了該復合負極材料的穩定性，進而使得包括該復合負極材料的鋰離子電池具有較高的循環后容量保持率。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體而言，涉及一種復合負極材料及其制備方法、負極材料及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池能量密度高、循環性能優良，被廣泛應用于汽車、電子產業等領域。在鋰離子電池工作中通過鋰離子在正極和負極之間來回移動，為了達到電化學平衡，在外部電路產生電流。其中，正極和負極起到鋰離子的嵌入和脫出作用，因此，負極對鋰離子的容納效果決定了鋰離子電池的性能。

目前，已經實現商業化的負極材料一般是碳素材料（石墨、軟碳、硬碳等）。但石墨材料作為常見的負極材料，其理論容量僅為372mAh/g、對鋰離子的接納能力較低、且與有機溶劑相容能力較差，從而易于和電解液發生反應而降低鋰離子的脫嵌能力。硅基材料理論容量高達 4200mAh/g，但是在脫嵌鋰離子過程中的體積膨脹和收縮比較嚴重，從而容易造成材料結構的破壞和機械粉碎，進而表現出較差的循環性能。雖然過渡金屬氧化物具有較好的理論容量和來源豐富的優勢，但是也存在導電性較差的問題，現有技術中雖然有采用缺陷性過渡金屬氧化物來提高過渡金屬氧化物的導電性，但是導電性的改進有限，且由于缺陷性過渡金屬氧化物的活性提高，使其易于在電解液中發生別的一些副反應，從而導致鋰離子電池整體電學性能較差。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種復合負極材料及其制備方法、負極材料及鋰離子電池，以解決現有技術中以過渡金屬氧化物為負極材料的鋰離子電池的循環后容量保持率較差的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種復合負極材料，該復合負極材料包括缺陷型過渡金屬氧化物和鈦酸鋰，其中，鈦酸鋰以包覆和/或摻雜的方式與缺陷型過渡金屬氧化物復合，缺陷型過渡金屬氧化物為二次顆粒，缺陷型過渡金屬氧化物中的過渡金屬元素選自鎢、釔、錫中的任意一種。

進一步地，上述缺陷型過渡金屬氧化物和鈦酸鋰的質量比為1:0.005~1:0.03。

進一步地，上述缺陷型過渡金屬氧化物選自缺陷型氧化鎢、缺陷型氧化釔、缺陷型氧化錫中的任意一種。

進一步地，缺陷型氧化鎢的化學式選自WO_2.72、WO_2.9、Y₂O_3.12、SnO_2.14中的任意一種或多種。

進一步地，上述復合負極材料的平均粒徑為2.0~5.0μm。

進一步地，復合負極材料的比表面積為15.0~50.0m²/g。

進一步地，上述二次顆粒的平均粒徑為2.0~5.0μm，缺陷型過渡金屬氧化物的二次顆粒由一次顆粒團聚而成。

進一步地，一次顆粒的平均粒徑為200~500nm。

進一步地，上述鈦酸鋰的平均粒徑為100~300nm。

根據本發明的一個方面，提供了一種上述復合負極材料的制備方法，該制備方法包括：將缺陷型過渡金屬氧化物和鈦酸鋰進行干法混合，得到復合負極材料，其中，缺陷型過渡金屬氧化物為二次顆粒。

進一步地，上述干法混合的過程中進行攪拌，攪拌的轉速為2000~3000r/min。