[發明專利]鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 202111499320.2
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114388772A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 袁東亞;高嬌陽;李巧;褚光輝;馬美品;李海軍
• 申請（專利權）人: 格力鈦新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京博浩百睿知識產權代理有限責任公司 11134
• 代理人: 宋子良

本發明提供了一種鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料及其制備方法、鋰離子電池。制備方法包括步驟S1，將第一溶劑、鈮源與鈦源混合粉碎，形成第一混合物料，將第一混合物料進行第一次煅燒，得到鈦鈮氧化物；步驟S2，將第二溶劑、釩源、鉬源與鈦鈮氧化物混合粉碎，形成第二混合物料；將第二混合物料進行第二次煅燒，得到鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料。應用本發明的技術方案，可以通過在鈦鈮氧化物中摻雜釩離子及鉬離子，提高電子混排，增加晶格參數和晶胞體積，從而提高材料的導電性，而且經過兩步煅燒就可以直接制備得到鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料，制備工藝比較簡便，用該負極材料制備出的電池的倍率性能和循環性能也有了明顯的改善。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料技術領域，具體而言，涉及一種鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、環境污染小等優點，被廣泛應用于儲能系統和電動汽車。作為鋰離子電池產業中最關鍵的環節之一，鋰離子電池負極材料的生產成本可占整個電池成本的25～28％。目前，商業化應用的鋰離子電池的負極材料主要有碳材料與鈦酸鋰材料，其中，碳材料的嵌鋰電位較低，快速充放電可能形成鋰枝晶，存在一定的安全隱患，而且在大功率下動力學性能較差；鈦酸鋰材料具有穩定的尖晶石結構，在充放電過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，鈦酸鋰結構幾乎不發生變化，有“零應變材料”之稱，還具有較高的嵌鋰電位(1.55V)，能夠有效避免SEI膜的形成和鋰枝晶造成的安全問題。但是鈦酸鋰材料的理論比容量比較低，只有175mAh/g，這在很大程度上限制了鈦酸鋰的應用。

2011年Goodenough首次將鈦鈮氧化物TiNb₂O₇作為鋰離子電池的負極材料，這種材料的理論比容量高達385mAh/g，放電電位較高，循環過程高度可逆，同時高的電壓平臺可以有效避免SEI膜的形成。然而，鈦鈮氧化物中沒有未成對的電子，導致鈦鈮氧化物材料的導電性極差，幾乎為絕緣。低的電子電導率和離子電導率導致鈦鈮氧化物材料實際應用到電池上時，容量發揮大打折扣，而且倍率性能及循環性能較差。除此之外，現有技術中有采用溶膠-凝膠法制備方法，其是將鈮源、鈦源與碳源溶液混合離心后進行煅燒得到鈦鈮氧化物，該方法能夠降低煅燒溫度，得到細顆粒的鈦鈮氧化物。然而，該溶膠凝膠方法過程復雜、不易控制，且產品循環特性差，進行碳包覆改性也并不能達到理想的效果。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料及其制備方法、鋰離子電池，以解決現有技術中鋰電池所用鈦鈮氧化物負極材料制備工藝復雜、電導率低、倍率性能及循環性能較差的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟S1，將第一溶劑、鈮源與鈦源混合粉碎，形成第一混合物料；將第一混合物料進行第一次煅燒，得到鈦鈮氧化物；步驟S2，將第二溶劑、釩源、鉬源與鈦鈮氧化物混合粉碎，形成第二混合物料；將第二混合物料進行第二次煅燒，得到鉬釩鈦鈮復合氧化物負極材料。

進一步地，鈮源為五氧化二鈮、乙醇鈮、五氯化鈮、氫氧化鈮的一種或多種；優選地，鈮源為五氧化二鈮或氫氧化鈮；優選地，鈦源為二氧化鈦、偏鈦酸、乙醇鈦、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯的一種或多種；更優選地，鈦源為二氧化鈦或鈦酸四丁酯。

進一步地，釩源為偏釩酸銨、五氧化二釩、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀的一種或多種；優選地，釩源為偏釩酸銨或五氧化二釩；優選地，鉬源為二硫化鉬、二氧化鉬、鉬酸銨的一種或多種；更優選地，鉬源為二硫化鉬或鉬酸銨；優選地，第一溶劑和第二溶劑分別獨立地選自乙醇、丙酮、異丙醇、去離子水的一種或多種；更優選地，第一溶劑和第二溶劑均為乙醇。