[发明专利]一种锂离子电池负极材料

说明书

技术领域

 本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池负极材料。

背景技术

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－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，Li₄Ti₅O₁₂材料的电化学容量较小，仅为175mAhg^-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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述VB副族元素氧化物为Nb₂O₅、NbO₂、Nb₂O₃、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。

碳的前驱体包括沥青或糖类。

所述沥青为煤沥青。

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—2。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明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、本发明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是本发明实施例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。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、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：

本发明的制备过程包括： 

⑴ 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Nb₂O₅、NbO₂、Nb₂O₃、Ta₂O₅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沥青或糖类；

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；

⑶ 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℃、2-10小时加热抽离溶剂，得到负极材料前驱体；