锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用，具体涉及Li2VSiO5锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。本发明专利技术所述锂离子电池低电压负极材料的制备方法包括：a.将锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1～2:1:1.1混合得到混合物，其中所述二氧化硅的粒度为10～20nm，钒源粒度小于50nm，锂源为硝酸锂、碳酸锂或氢氧化锂中的至少一种，钒源为二氧化钒、三氧化二钒或五氧化二钒中的一种；b.将所述混合物在惰性保护气氛中进行烧结，烧结的温度850～900℃，烧结的时间8～11h。本发明专利技术工艺简单，对设备要求低，制备成本低，适合工业化大规模生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用，具体涉及Li2VSiO5锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料


技术介绍

[0002]能源需求的迅速增长，推动了新型能源储存系统的应用和发展，先进二次电池相关产业成为引领未来新兴领域。锂离子电池作为最具代表性的电池体系，具有容量高、循环稳定性好等优点，在电子器件和汽车领域得到了广泛的应用。其中锂离子电池的能量密度主要取决于电极材料的比容量(即单位重量/体积材料的电量存储能力)和工作电压。开发高比容量、低电压的负极材料并大幅提升其使用寿命，成为锂离子电池研究的重点与难点。
[0003]电极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能与电池的能量密度、循环寿命和安全性密切相关。寻找合适的负极材料是提高锂离子电池性能的关键。到目前为止，大多数商业化的锂离子电池都采用了基于插层反应的负极材料。其中，石墨的可逆理论容量为372mAh
·
g
‑1，但与Li+/Li相比，0.1V以下的运行电位将导致锂枝晶的形成，并带来一系列的安全问题。钛酸锂(Li4Ti5O
12
)具有1.55V的高工作电压，但目前较低的容量175mAh
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g
‑1仍是主要问题。硅具有储量丰富、环境友好、适当的锂化电压平台和超高的理论容量(4200mAh
·
g
‑1)等优点，但在充放电循环过程中，存在体积膨胀大(Si>300％)和成本高等缺点，严重阻碍了其广泛应用。
[0004]此外，电池的功率与电池的电压成正比，而单体电池主要由正极材料与负极材料的电势差来决定电压，即单体电池的电压为正极电压减负极电压，负极电压越低，越有利于提高单体电池的功率，开发低电压的负极材料对于提高电池功率具有重要意义。因此，加快对新型低电压负极材料的开发十分必要。
[0005]CN111211325A公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法与应用。该专利技术公开了一种锂离子电池负极材料的制备，化学式为Li2VSi
(1
‑
x)
Ge
(x)
O5；其中，0≤x≤1。该负极材料放电平台适中，具有较高的容量，该负极材料在组装半电池后首次放电比容量约为1300mAh/g，充放电过程体积膨胀小、导电性能好，具有较好的循环性能和倍率性能，解决了氧化物负极材料电化学性能、比容量、循环性能和倍率性能较差的问题，然而其负极电压高，其平均工作电位在1V左右。此外CN111211325A中，原料按化学计量比称量好后在60
‑
70℃的有机溶剂中分散6～20小时后得到凝胶，优选的方案为现将凝胶在900转/分钟的转速下球磨5小时后，在800℃煅烧12小时后，再在925℃煅烧12小时，最终得到负极材料Li2VSi
(1
‑
x)
Ge
(x)
O5。其步骤复杂、能耗和时长(>30小时)都非常高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种锂离子电池低电压负极材料的制备方法。
[0007]为达到本专利技术的上述第一个目的，所述锂离子电池低电压负极材料的制备方法包括：
[0008]a.将锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1～2:1:1.1混合得到混合物，其中所述二氧化硅的粒度为10～20nm，钒源粒度小于50nm，锂源为硝酸锂、碳酸锂或氢氧化锂中的至少一种，钒源为二氧化钒、三氧化二钒或五氧化二钒中的一种；
[0009]b.将所述混合物在惰性保护气氛中进行烧结，烧结的温度850～900℃，烧结的时间8～11h。
[0010]在一种具体实施方式中，所述惰性保护气氛为氮气或氩气中的至少一种。
[0011]在一种具体实施方式中，所述锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1:1:1.1。
[0012]本专利技术的第二个目的是提供一种新的锂离子电池低电压负极材料。
[0013]为达到本专利技术的上述第二个目的，所述材料采用上所述的锂离子电池低电压负极材料的制备方法制备得到。
[0014]在一种具体实施方式中，所述锂离子电池低电压负极材料的放电电压0.5V以下。
[0015]在一种具体实施方式中，所述锂离子电池低电压负极材料的放电电压0.25V以下。
[0016]本专利技术的第三个目的是提供一种上述的锂离子电池低电压负极材料作为负极材料在制备锂离子电池中的用途。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术的负极材料电压低至0.5V以下，有利于提高电池的电压和功率。
[0019]本专利技术提供了一种新型Li2VSiO5锂离子电池低电压负极材料及其制备方法和应用。本专利技术的制备工艺简单，对设备要求低，制备成本低，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
[0020]为达到本专利技术的上述第一个目的，所述锂离子电池低电压负极材料的制备方法包括：
[0021]a.将锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1～2:1:1.1混合得到混合物，其中所述二氧化硅的粒度为10～20nm，钒源粒度小于50nm，锂源为硝酸锂、碳酸锂或氢氧化锂中的至少一种，钒源为二氧化钒、三氧化二钒或五氧化二钒中的一种；
[0022]b.将所述混合物在惰性保护气氛中进行烧结，烧结的温度850～900℃，烧结的时间8～11h。
[0023]在一种具体实施方式中，所述惰性保护气氛为氮气或氩气中的至少一种。
[0024]在一种具体实施方式中，所述锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1:1:1.1。
[0025]为达到本专利技术的上述第二个目的，所述材料采用上所述的锂离子电池低电压负极材料的制备方法制备得到。
[0026]在一种具体实施方式中，所述锂离子电池低电压负极材料的放电电压0.5V以下。
[0027]在一种具体实施方式中，所述锂离子电池低电压负极材料的放电电压0.25V以下。
[0028]本专利技术的第三个目的是提供一种上述的锂离子电池低电压负极材料作为负极材料在制备锂离子电池中的用途。
[0029]下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。
[0030]实施例1
[0031]称取0.01mol的碳酸锂，0.01mol粒度15～20nm的二氧化硅，0.011mol粒度20～
30nm的二氧化钒，将三种粉末混合均匀后放入管式炉中固相结烧，通入氮气保护气，升温至870℃，恒温保温10小时，之后随炉冷却；得到Li2VSiO5锂离子电池低电压负极材料。测得所得的Li2VSiO5锂离子电池低电压负极材料的锂离子电池性能结果如表1所示。
[0032]实施例2
[0033]称取0.02mol的硝酸锂，0.01mol粒度10～15nm的二氧化硅，0.006mol粒度20～3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锂离子电池低电压负极材料的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池低电压负极材料的制备方法包括：a.将锂源、二氧化硅、钒源按照摩尔比为1～2:1:1.1混合得到混合物，其中所述二氧化硅的粒度为10～20nm，钒源粒度小于50nm，锂源为硝酸锂、碳酸锂或氢氧化锂中的至少一种，钒源为二氧化钒、三氧化二钒或五氧化二钒中的一种；b.将所述混合物在惰性保护气氛中进行烧结，烧结的温度850～900℃，烧结的时间9～11h。2.根据权利要求1所述的锂离子电池低电压负极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性保护气氛为氮气或氩气中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的锂离...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹知勤，左承阳，刘志伟，张雪峰，庞立娟，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：