[发明专利]一种电池用负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种电池用负极材料，包括核结构和壳结构，所述核结构包括质量比为(0.1‑10)：1的改性钛酸锂和改性TiNb2O7，所述改性钛酸锂为掺杂有银的钛酸锂，所述改性TiNb2O7为经碳纳米管修饰的TiNb2O7；所述壳结构为碳层。相对于现有技术，采用本发明的负极材料的电池具有好的容量性能、循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种电池用负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池凭借其具有优异的能量密度、倍率性能及长使用寿命，广泛应用到移动电话、数码相机与便携式个人电脑等设备上，并且其应用目标正从小型移动设备向大型电动车车用电池系列(纯电动车、混合电动车及插入式混合电动车等的车用电池)与能量储存系统等方面转变。

负极材料是构成锂离子电池的一个重要组成部分，要求其能够可逆地嵌入和脱出锂离子，负极材料的性能在很大程度上也决定了电池性能的好坏。“零应变”的钛酸锂作为一种有望应用于动力电池的负极材料，嵌脱锂对应的Ti4+/Ti3+氧化还原电对相对于Li+/Li的电压为1.5V，未达到SEI膜的形成电位，能够避免一定的不可逆容量，而且钛酸锂具有三维通道可以供锂离子快速传输，并且它还具有较宽的充放电平台、表面不形成钝化膜，且其充放电平台非常的平稳，但由于其本征电子电导率较低以及锂离子扩散速度小，致使钛酸锂材料在高倍率大电流充放电时容量衰减很快。

有鉴于此，本发明旨在提供一种电池用负极材料及其制备方法，该材料具有核壳结构，其核为掺银的钛酸锂与碳纳米管修饰的TiNb2O7的混合物，壳为碳层，其具有较好的循环性能、容量性能和倍率性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种电池用负极材料，该材料具有核壳结构，其核为掺银的钛酸锂与碳纳米管修饰的TiNb2O7的混合物，壳为碳层，其具有较好的循环性能、容量性能和倍率性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电池用负极材料，包括核结构和壳结构，所述核结构包括质量比为(0.1-10)：1的改性钛酸锂和改性TiNb2O7，所述改性钛酸锂为掺杂有银的钛酸锂，所述改性TiNb2O7为经碳纳米管修饰的TiNb2O7；所述壳结构为碳层。

其中，银是导电性极高的物质，将银单质复合到钛酸锂中，可以提高其电导率，改善其大倍率充放电性能，具体而言，通过掺杂引入低价元素可造成钛酸锂主骨架的价态不平衡，从而产生新的空隙或增加迁移离子浓度，掺杂还可通过改善主骨架的稳定性，有目的地制造空隙或改变通道的大小，弱化骨架与离子间作用力以利于离子的迁移，从而提高材料的离子导电率和电子导电性。

铌酸钛材料的锂离子嵌入电位在1.64V左右，避免了SEI膜形成的同时提高了材料的能量密度，在1.0V～2.5V进行充放电，有280mAh/g的可逆容量，远超过钛酸锂的理论比容量，但其差的导电性问题仍待解决。本发明通过在铌酸钛上修饰碳纳米管，能够在材料颗粒间形成导电骨架，提升了材料的导电性，从而提高了材料的循环稳定性。

将钛酸锂和铌酸钛混合后，通过包覆导电炭可大大地提高材料的电导率，增加电池的能量，实现快速的充放电。