[发明专利]复合负极材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池。该复合负极材料包括缺陷型过渡金属氧化物和钛酸锂，其中，钛酸锂以包覆和/或掺杂的方式与缺陷型过渡金属氧化物复合，缺陷型过渡金属氧化物为二次颗粒，缺陷型过渡金属氧化物中的过渡金属元素选自钨、钇、锡中的任意一种。本申请一方面利用钛酸锂包覆和掺杂于缺陷型过渡金属氧化物使得极大地降低了缺陷型过渡金属氧化物与电解液副反应的几率。另一方面钛酸锂的“零应变性”极大地缓减了电池负极在脱嵌锂离子过程中的体积膨胀效应，从而进一步提高了该复合负极材料的稳定性，进而使得包括该复合负极材料的锂离子电池具有较高的循环后容量保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池能量密度高、循环性能优良，被广泛应用于汽车、电子产业等领域。在锂离子电池工作中通过锂离子在正极和负极之间来回移动，为了达到电化学平衡，在外部电路产生电流。其中，正极和负极起到锂离子的嵌入和脱出作用，因此，负极对锂离子的容纳效果决定了锂离子电池的性能。

目前，已经实现商业化的负极材料一般是碳素材料（石墨、软碳、硬碳等）。但石墨材料作为常见的负极材料，其理论容量仅为372mAh/g、对锂离子的接纳能力较低、且与有机溶剂相容能力较差，从而易于和电解液发生反应而降低锂离子的脱嵌能力。硅基材料理论容量高达 4200mAh/g，但是在脱嵌锂离子过程中的体积膨胀和收缩比较严重，从而容易造成材料结构的破坏和机械粉碎，进而表现出较差的循环性能。虽然过渡金属氧化物具有较好的理论容量和来源丰富的优势，但是也存在导电性较差的问题，现有技术中虽然有采用缺陷性过渡金属氧化物来提高过渡金属氧化物的导电性，但是导电性的改进有限，且由于缺陷性过渡金属氧化物的活性提高，使其易于在电解液中发生别的一些副反应，从而导致锂离子电池整体电学性能较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池，以解决现有技术中以过渡金属氧化物为负极材料的锂离子电池的循环后容量保持率较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合负极材料，该复合负极材料包括缺陷型过渡金属氧化物和钛酸锂，其中，钛酸锂以包覆和/或掺杂的方式与缺陷型过渡金属氧化物复合，缺陷型过渡金属氧化物为二次颗粒，缺陷型过渡金属氧化物中的过渡金属元素选自钨、钇、锡中的任意一种。

进一步地，上述缺陷型过渡金属氧化物和钛酸锂的质量比为1:0.005~1:0.03。

进一步地，上述缺陷型过渡金属氧化物选自缺陷型氧化钨、缺陷型氧化钇、缺陷型氧化锡中的任意一种。

进一步地，缺陷型氧化钨的化学式选自WO_2.72、WO_2.9、Y₂O_3.12、SnO_2.14中的任意一种或多种。

进一步地，上述复合负极材料的平均粒径为2.0~5.0μm。

进一步地，复合负极材料的比表面积为15.0~50.0m²/g。

进一步地，上述二次颗粒的平均粒径为2.0~5.0μm，缺陷型过渡金属氧化物的二次颗粒由一次颗粒团聚而成。

进一步地，一次颗粒的平均粒径为200~500nm。

进一步地，上述钛酸锂的平均粒径为100~300nm。

根据本发明的一个方面，提供了一种上述复合负极材料的制备方法，该制备方法包括：将缺陷型过渡金属氧化物和钛酸锂进行干法混合，得到复合负极材料，其中，缺陷型过渡金属氧化物为二次颗粒。

进一步地，上述干法混合的过程中进行搅拌，搅拌的转速为2000~3000r/min。