[發明專利]一種鈣鈦礦釩酸鹽共混活性材料的電極極片

有效

• 申請號: 202111125831.8
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113690405B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉穎;李小磊;楊曉嬌;林紫鋒;歐陽林峰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 王杰

本發明公開了一種鈣鈦礦釩酸鹽共混活性材料的電極極片，所述電極極片包括金屬集流體以及涂敷在金屬集流體上的負極膜片；所述負極膜片包括鈣鈦礦結構堿土釩酸鹽活性物質A_xVO_3?δ與負極材料共混組成的活性材料，所述負極材料為碳基材料和/或硅基材料，其中，A為Ca，Sr，Ba中的任意一種；本發明采用高導電及高比容量的鈣鈦礦結構釩酸鹽A_xVO_3?δ與碳基材料和/或硅基材料互混作為活性物質，共混后電化學性能優異：如與石墨互混時可以提高比容量、倍率、工作電壓的安全性；而與硅基材料互混時可以構建電子網絡框架，減少導電炭黑的使用，同時保持高容量和倍率性能，具有極大的商業化潛力。

技術領域

本發明涉及二次電池技術領域，具體是一種鈣鈦礦釩酸鹽共混活性材料的電極極片。

背景技術

近年來，電動車得到了迅速發展，對鋰離子二次電池的要求也越來越高，對高性能鋰離子電池負極極片高比容量、快速充電及高功率、使用工作溫度范圍寬、長的循環壽命和使用年限、突出的安全可靠性的要求日益迫切。

目前商用的石墨負極理論容量(372mAh/g)和實際容量(350mAh/g)無法滿足未來鋰電池400Wh/kg的能量密度需求，其極低的工作電壓平臺0.05～0.1V vs Li/Li⁺在極端條件下(如低溫、大電流快充、過充等)運行時容易產生鋰枝晶，安全性能和倍率性能都受到嚴重限制。而目前開發的硅負極材料雖然具有極高的比容量(理論儲鋰容量4200mAh/g)，但其導電性差，需要使用特殊的高導電劑材料。同時，在脫鋰和嵌鋰過程中存在嚴重的體積效應，體積膨脹接近300～400％，當粉末破碎及脫離集流體時，電子和離子傳輸就會阻斷，循環穩定性在數次循環內就會發生明顯衰退，不能滿足汽車對數千次循環穩定性的需求。石墨和硅基材料的上述缺陷限制了未來開發高性能二次電池的應用。

在現有的使用混合材料作為活性物質報道中，如US 3981748使用的Ag₂CrO₄和Ag₃PO₄混合正極、US 7811707使用的鈷酸鋰和錳尖晶石共混電極等，通過不同活性物質之間有一定的比容量的協同效應，通過優化成分，可以得到性能更好的電極；但是目前均沒有關于鈣鈦礦結構堿土釩酸鹽和其他材料復合使用在電池負極成型材料的相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈣鈦礦釩酸鹽共混活性材料的電極極片，以至少達到高安全性和高電化學性能的目的。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種鈣鈦礦釩酸鹽共混活性材料的電極極片，所述電極極片包括金屬集流體以及涂敷在金屬集流體上的負極膜片；所述負極膜片包括鈣鈦礦結構堿土釩酸鹽活性物質A_xVO_3-δ與負極材料共混組成的活性材料，所述負極材料為碳基材料和/或硅基材料，其中，A為Ca，Sr，Ba中的任意一種優選的，所述的鈣鈦礦結構堿土釩酸鹽活性物質A_xVO_3-δ的結構包括晶體結構、非晶結構或非晶體以及晶體共存的結構；所述x＝0.3～1.2；通過限定堿土金屬A的化學計量比x的取值范圍，使堿土釩酸鹽A_xVO_3-δ能夠在取值范圍內，保持鈣鈦礦結構，進而在鈣鈦礦結構的基礎上使用缺陷工程提高本征的電化學性能。所述的δ是鈣鈦礦結構中氧空位的含量；當增加A空位時，即減小x值時，根據電荷中性原則，會產生一定的氧空位δ以保證V的價態在+4價附近，從而保持鈣鈦礦結構的穩定型，進而保證缺陷型的鈣鈦礦保持高電導率。其中，氧空位的含量δ會隨著A空位的增加而增加，但同時可以通過調控合成條件使其在一定范圍內調控，其中δ的范圍在0～0.5。當x值≥1時，沒有氧空位。