[发明专利]金属硼氧酸盐修饰锂离子电池电极复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开金属硼氧酸盐修饰锂离子电池电极复合材料及其制备方法。所述金属硼氧酸盐修饰的锂离子电池电极复合材料，包括金属硼氧酸盐和锂离子电池电极材料，所述锂离子电池电极材料为锂离子电池正极材料或锂离子电池负极材料；所述电极复合材料中金属硼氧酸盐的质量比例为0.1%‑30%；所述金属硼氧酸盐通式为A_xB_yOz，其中A为金属元素Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Sr、La、Ti、Zr、Nb、Fe中的一种或多种，0x10，0y10，0z10。

技术领域

本发明涉及一种金属硼氧酸盐修饰锂离子电池电极复合材料及其制备方法和应用，具体地涉及将金属硼氧酸盐与一些锂离子电池正负极材料进行复合使得复合材料作为锂离子电池正负极材料的某些方面性能明显有所提升，属于材料领域。

背景技术

相比于其他储能器件，如超级电容器，铅酸电池，Ni-Cd电池，镍氢电池等，锂离子电池作为目前应用最为广泛储能技术在能量密度和功率密度等方面具有明显的优势。并且锂离子电池的工作电压较高(3.6V)，质量较轻，循环稳定性较好，能量效率高，工作温度范围宽(-30℃至+45℃)以及自放电小，无记忆效应等优点也在实际应用中广受好评。自从1991年索尼公司首次实现锂离子电池的商品化以来，锂离子电池迅速替代大部分其他储能器件融入人们生产生活的方方面面，在各种移动电子设备手机，笔记本电脑和电动汽车中作为电源，也可以作为大规模储能器件实现电网调峰，成为无可替代的必需品。锂离子电池是依靠锂离子在正极和负极之间的移动来储能。在典型锂离子电池的充放电过程中，锂离子在正负极之间不断进行嵌入和脱嵌以完成电能和化学能之间的转化。而想要提升锂电池的性能，除了在电池工艺和电池管理系统上进行优化和改进，最本质的途径是通过提高正负极电极材料本身的性能来实现锂电池性能的突破。构成锂离子电池的关键核心材料是它的正极材料和负极材料，锂离子在正负极材料之间的移动构成了锂离子电池储存和释放电能的基本工作原理。日益严峻的能源危机对储能器件提出了更高的要求，高性能锂离子电池负极材料是储能材料研究领域的研究热点，然而寿命短、容量低、倍率差、振实密度低等是其应用瓶颈，因此亟待开发适合大规模生产应用的新型高性能长寿命锂电正负极材料。目前商用的正极材料主要有层状结构的LiCoO₂、LiMnO₂、Li₂MnO₃、三元材料Li(NixCoyMn1-x-y)O₂和橄榄石结构的LiFePO₄等。LiCoO₂理论容量高，但是由于其高电压下结构崩溃循环性能较差；三元正极材料，尤其是高镍材料容量高，但是其容易发生热失控，安全性差；磷酸铁锂稳定性高但是容量和电压平台较低，影响锂离子电池能量密度的提高。商用的负极材料如传统石墨负极理论容量低，而高容量的金属锂存在严重的安全隐患，合金型单质硅负极理论容量极高，但是由于插脱锂过程中巨大的体积变化导致容量快速衰减，规模化生产得到Si/C复合材料在容量、振实密度、倍率和循环寿命等问题上仍存在一些问题，嵌入型锂电负极虽然具有高功率和长寿命等优点，但其能量密度较低，在实际应用中受到限制，转化型(如氧化铁)和转化-合金复合型(如二氧化锡)金属氧化物负极材料，具有理论比容量高、储量丰富、价格低廉等优势而受到人们的广泛关注和研究，但其普遍存在的循环性能和倍率性能差等问题一直没有得到解决。因此，通过深入研究锂离子电池正负极材料的性能影响的内在机理，可以为材料的理性设计提供指导，由此开发出高性能长寿命的锂离子电池正负极材料具有重要意义。在此基础上，开发简单温和低成本并且适合大规模生产的合成方法对于实际应用具有重要价值。而通过类似的研究思路与策略，突破旧有的惯性思维开发新型高性能锂离子电池正负极复合材料对于未来锂电负极材料的进一步发展具有重要的借鉴和指导意义。