一种锂离子电池负极材料制造技术

技术编号:7069112 阅读:202 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种锂离子电池负极材料,其特点是:所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物,所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta;所述碳为碳的前驱体和碳材料;所述VB副族元素氧化物、碳材料、碳的前驱体的质量比为VB副族元素氧化物:碳材料:碳的前驱体=2—8:1—2:1—2。本发明专利技术采用选择铌Nb或钽Ta氧化物和碳材料共同球磨,提高了材料导电性能、安全性能,还具有电极材料的电化学可逆容量高的特点,有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料
,尤其是涉及一种锂离子电池负极材料
技术介绍
自上世纪九十年代,Sony公司使用片层石墨代替安全性极差的金属Li,制备成功第一种可充的锂离子二次电池以来,锂离子电池因其高比能量,无污染,应用范围广得到了飞速发展,已从移动通讯电源、笔记本电脑、摄像机等扩大到电动工具、电动汽车等领域。目前,Li4Ti5O12作为嵌锂材料,在电化学过程中具有高锂离子扩散速率,零体积变化率等优点,成为锂离子电池和超级电容器的负极材料,其理论容量为175mAh/g,实际循环容量为150 160mAh/g。反应有着十分平坦的充一放电平台,平均电压平台为1. 5V左右, 超过反应全过程的90%。由于是零应变电极材料,在锂离子嵌入和脱嵌的过程中,其晶型不发生明显改变,只有很小的收缩和膨胀,晶体结构在锂离子嵌入和脱出过程中非常稳定,因此其电化学循环性能非常好。相对于石墨等碳负极,安全性和可靠性也得以大大改善。然而,Li4Ti5O12M料的电化学容量较小,仅为HSmAhg—1,其电化学容量和能量密度均远远小于传统的碳材料,电化学脱嵌锂平台均在1. 5V左右,并且在电化学反应中会大量产生气体, 影响电池的装配。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种工艺简单、导电性能好、循环稳定性好、安全性高的一种锂离子电池负极材料。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种锂离子电池负极材料,其特点是所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物,所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta。本专利技术还可以采用如下技术方案所述VB副族元素氧化物为Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化学计量比NbOx中的一种。所述碳为碳的前驱体和碳材料。所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维。碳的前驱体包括浙青或糖类。所述浙青为煤浙青。所述糖类为单糖、双糖或多糖中的一种。所述碳包覆VB副族元素氧化物的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2—8 1—2 :1一2。本专利技术具有的优点和积极效果是1、本专利技术采用共同球磨的碳材料包覆铌Nb或钽Ta氧化物,铌或钽氧化物作为储锂活性物质,其脱嵌锂电位较高,在电池反应中,不涉及锂的溶解和析出,不仅提高了材料导电性能,还具有较高的安全性能。2、本专利技术还具有电极材料的电化学可逆容量高的特点,有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。附图说明图1是本专利技术实施例1样品电极循环性能曲线和充放电曲线图; 图2是Nb2O5的电化学循环性能。具体实施例方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图 1-2详细说明如下本专利技术的制备过程包括 (1)称取原材料按质量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2 — 8 1—2 1—2称取VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驱体;所述的VB副族元素氧化物为Nb205、Nb02、Nb203、Ta205或非化学计量比NbOx中的一种;所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维;所述碳的前驱体包括浙青或糖类;⑵制备混合物浆料在球磨罐中,按照溶剂/原材料的总和=2-20ml/g的比例,将步骤⑴中称取的VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驱体溶于溶剂中,进行共同的液相搅拌球磨1-100小时,形成混合物浆料;所述的溶剂为水、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、己烷、环己烷中的一种或几种;(3)制备负极材料前驱体将步骤⑵中混合物浆料置入干燥箱中进行70-120°C、2-10小时加热抽离溶剂,得到负极材料前驱体;(4)制备锂离子电池负极材料将步骤⑶中制备的负极材料前驱体置于惰性气氛下的高温炉中,以速度1-10°C /min 升温到500-1200°C,高温烧结3-Mh,关闭电源,自然冷却后,得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料;所述的惰性气氛为氮气、氩气、任意比例的氮气或氩气与氢气的混合气体中的一种。实施例1将IOg Nb2O5,2. 5g人造石墨,2. 5g煤浙青置于有50ml乙醇溶剂的球磨罐中进行共同的液相搅拌球磨30小时,形成混合物浆料;将混合物浆料置入干燥箱中进行80°C、4小时加热抽离溶剂,得到负极材料前驱体;将所得负极材料前驱体置于高温炉中,氩气气氛下以 5°C /min升温到700°C,高温烧结5h,关闭电源,自然冷却后,得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料,经性能测试,电极循环性能曲线和充放电曲线图如图1 所示。实施例2将12g Nb2O5,1. 5煤浙青,1. 5g天然石墨置于有50ml乙醇溶剂的球磨罐中进行共同的液相搅拌球磨30小时,形成混合物浆料;将混合物浆料置入干燥箱中进行80°C、4小时加热抽离溶剂,得到负极材料前驱体;将所得负极材料前驱体置于高温炉中,氮气气氛下5°C /min升温到700°C,高温烧结证,关闭电源,自然冷却后,得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。比较例1使用TiO2和Li2CO3在高温(850 IOOO0C )下进行合成Li4Ti5O12,时间为24h。为了补偿在高温下Li2CO3的挥发,通常使Li2CO3过量约8%。比较例2将Nb2O5材料直接制备电极材料,进行测试,Nb2O5的电化学循环性能如图2所示。表1列出了不同实施例和比较例的负极材料性能比较。表1不同实施例和比较例中负极材料容量的比较权利要求1.一种锂离子电池负极材料,其特征在于所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物,所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述VB副族元素氧化物为Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化学计量比NbOx中的一种。3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述碳为碳的前驱体和碳材料。4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维。5.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料,其特征在于碳的前驱体包括浙青或糖类。6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述浙青为煤浙青。7.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述糖类为单糖、双糖或多糖中的一种。8.根据权利要求1、2或3所述的锂离子电池负极材料,其特征在于所述碳包覆VB副族元素氧化物的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2 — 8 1-2 :1一2。全文摘要本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料,其特点是所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物,所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta;所述碳为碳的前驱体和碳材料;所述VB副族元素氧化物、碳材料、碳的前驱体的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2—81—21—2。本专利技术采用选择铌Nb或钽Ta氧化物和碳材料共同球磨,提高了材料导电性能、安全性能,还具有电极材料的电化学可逆容量高的特点,有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。文档编号H01M4/131GK102324510SQ201110281969公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日专利技术者任丽彬, 刘兴江, 卢志威, 孙文彬, 彭庆文 申请人:中国电子科技集团公司第十八研究本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极材料,其特征在于:所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物, 所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:卢志威刘兴江彭庆文孙文彬任丽彬
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第十八研究所
类型:发明
国别省市:12

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