一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体为一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法，其分子式如下所示：Li4‑

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体为一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳/石墨材料。尽管相对于金属锂而言，碳材料在安全性能、循环性能等方面有了很大的改进，但仍存在不少缺点：如在第一次充放电时，会在碳表面形成钝化膜，造成容量损失；碳电极与金属锂的电极电位相近；在电池过充电时，仍可能会在碳电极表面析出金属锂，而形成枝晶造成短路；以及可能在高温时热失控等。尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O
12
由于其具有优良的安全性能和独特的结构稳定性，可以克服传统碳材料的一些缺点，成为近年来研究的热点。但是，Li4Ti5O
12
电子电导率和离子传导率(固有电导率仅为10
‑9scm
‑1)非常低，导致其容量保持率差，电池稳定性低，这极大地限制了其实用化的进程。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法。
[0004]所采用的技术方案如下：
[0005]一种锂离子动力电池负极材料，其分子式如下所示：
[0006]Li4‑
x
M
x
Ti5‑
y
N
y
O
12
[0007]其中，M为Mg、Rb或V中的一种或多种组合，N为Mo、Y、Ge、Mn、Ni或Co中的一种或多种组合；
[0008]x为0.25
‑
0.45，y为0.05
‑
0.15。
[0009]进一步地，x为0.3
‑
0.4，y为0.08
‑
0.12。
[0010]进一步地，x为0.35，y为0.12。
[0011]进一步地，M为Rb，N为Ge。
[0012]进一步地，所述Li4‑
x
M
x
Ti5‑
y
N
y
O
12
经过三层碳包覆。
[0013]进一步地，中间层为碳、硅共包覆。
[0014]本专利技术还提供了一种锂离子动力电池负极材料的制备方法：
[0015]将锂源、钛源、M源、N源和第一碳源混合球磨后烘干，保护性气体氛围下800
‑
850℃煅烧2
‑
4h，随炉冷却至室温，得到第一中间体，将所述第一中间体与碳硅源混合均匀后于保护性气体氛围下900
‑
950℃煅烧2
‑
4h，随炉冷却至室温，得到第二中间体，将所述第二中间体与第二碳源混合均匀后于保护性气体氛围下800
‑
850℃煅烧2
‑
4h后降温至500
‑
600℃保温6
‑
8h，最后随炉冷却至室温即可。
[0016]进一步地，所述锂源为氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的一种或多种组合，所述钛源为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛或板钛型二氧化钛，所述M源为氧化M或碳酸M，所述N源为氧化N或碳酸N。
[0017]进一步地，所述第一碳源和第二碳源为蔗糖、葡萄糖、淀粉、聚乙烯醇中的一种或多种组合。
[0018]进一步地，所述碳硅源包括硅粉和中间相沥青，所述硅粉和中间相沥青的质量比为1：8
‑
20。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术提供了一种锂离子动力电池负极材料，通过金属离子掺杂在材料结构内部产生自由电子或者空穴，从而提高材料的导电性，金属元素掺入Li4Ti5O
12
晶格后，通过晶格微小的变化形成更有利于Li嵌入和脱出的通道从而提高了放电比容量和循环性能，电化学性能明显得到改善，碳包覆可以抑制材料粒子长大，缓和由于粒子长大而产生的内应力，增加粒子间的电接触，增强复合材料的导电性，改善循环稳定性，硅作为锂离子电池负极材料，理论比容量高达4200mAh/g，但在深度充放电时，存在严重的体积膨胀与收缩，进而导致循环性能急剧恶化，通过与碳材料进行复合形成碳、硅共包覆中间层，可以抑制硅的体积膨胀，在内外碳层的夹持下碳、硅共包覆中间层不易因体积膨胀与收缩而导致结构坍塌而粉化，提高了其放电比容量和循环性能，在1C倍率下，初始放电比容量≥180mAh/g，100次循环后放电比容量≥170mAh/g，放电容量保持率≥93％，电化学性能优良。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1所制备负极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0022]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0023]实施例1：
[0024]一种锂离子动力电池负极材料，其分子式如下所示：
[0025]Li
3.65
Rb
0.35
Ti
4.88
Ge
0.12
O
12
[0026]Li
3.65
Rb
0.35
Ti
4.88
Ge
0.12
O
12
经过三层碳包覆，且中间层为碳、硅共包覆。
[0027]上述锂离子动力电池负极材料的制备方法：
[0028]按照分子式比例称取碳酸锂、锐钛型二氧化钛、氧化铷、氧化锗混合得到混合物，将其与蔗糖混合球磨15h后烘干，蔗糖用量为混合物总质量的10％，氮气氛围下830℃煅烧3h，随炉冷却至室温，得到第一中间体，将第一中间体与硅粉、中间相沥青混合均匀后于氮气下920℃煅烧3h，硅粉和中间相沥青的质量比为1：15的，硅粉和中间相沥青总用量为第一中间体质量的10％，随炉冷却至室温，得到第二中间体，将第二中间体与聚乙烯醇混合均匀，聚乙烯醇用量为第二中间体质量的10％，于氮气氛围下850℃煅烧3h后降温至600℃保温8h，最后随炉冷却至室温即可。
[0029]将本实施例制备的负极材料作为试样，通过组装成CR2032型扣式半电池进行电化学性能测试，工作电极是通过将试样、导电剂乙炔黑和黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8：1：1通过磁力搅拌均匀混合来制备，整个过程中用NMP作分散剂调节浆料的黏稠度，搅拌好的浆料均匀涂覆在铝箔上，于80℃真空干燥24h后降到室温，于10MPa下压片，裁片得到
电极片，将其作为工作电极，锂片作对电极和参比电极，Celgard2400为隔膜，电解液为1mol/L的LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DMC)/甲基碳酸乙烯(EMC)(体积比1：1：1)溶液，组装好的电池静置24h后进行电化学性能测试：
[0030]在1C倍率下，初始放电比容量188mAh/g，100次循环后放电比容量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力电池负极材料，其特征在于，其分子式如下所示：Li4‑
x
M
x
Ti5‑
y
N
y
O
12
其中，M为Mg、Rb或V中的一种或多种组合，N为Mo、Y、Ge、Mn、Ni或Co中的一种或多种组合；x为0.25
‑
0.45，y为0.05
‑
0.15。2.如权利要求1所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，x为0.3
‑
0.4，y为0.08
‑
0.12。3.如权利要求1所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，x为0.35，y为0.12。4.如权利要求1所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，M为Rb，N为Ge。5.如权利要求1所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述Li4‑
x
M
x
Ti5‑
y
N
y
O
12
经过三层碳包覆。6.如权利要求5所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，中间层为碳、硅共包覆。7.一种如权利要求1
‑
6中任一项所述的锂离子动力电池负极材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，黄守怀，
申请(专利权)人：湖南碳鸿新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：