[发明专利]负极材料、其制备方法及储能装置

说明书

本发明提供了一种负极材料、其制备方法及储能装置。该制备方法包括：对氮化锂和过渡金属氧化物进行煅烧处理，得到含锂过渡金属氮化物；过渡金属氧化物中的过渡金属选自第VIB族中元素的一种或多种；使含锂过渡金属氮化物与钛酸锂、粘结剂和导电剂混合，得到负极材料。通过上述煅烧处理在氮化锂结构中掺杂特定元素，有利于提高含锂过渡金属氮化物的本征电子导电率，从而降低电芯阻抗，有利于提高负极材料的倍率性能。由于钛酸锂在充放电过程中电压平台高于金属锂的析出电位，有利于提高电化学比容量和循环稳定性。在含锂过渡金属氮化物与钛酸锂的共同作用下，制得的负极材料能适用于大充放电倍率条件，还有利于大大减小高倍率运行时的发热量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，具体而言，涉及一种负极材料、其制备方法及储能装置。

背景技术

电芯是整个储能系统的载体，储能系统大倍率运行的前提是电芯具备大倍率充放电的能力，而电极材料和电芯结构是影响电芯性能和成本的主要因素。其中负极材料是决定电芯性能的关键因素之一。

商用锂离子电池的负极材料大多为嵌锂型碳材料，而碳材料的氧化还原电位接近金属锂，当电池过充时，金属锂可能在碳负极表面产生锂枝晶，从而刺穿隔膜导致电池短路等安全性问题。而钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)在充放电的过程中的电压平台在1.55V(vs.Li/Li⁺)左右，其较高的电压平台可抑制锂枝晶的形成；同时，钛酸锂作为一种“零应变”插入材料，其结构稳定性和循环稳定性能好，安全性高。基于上述优势，钛酸锂是一种较为理想的动力型锂离子电池负极材料。

然而，钛酸锂还存在以下问题：在钛酸锂的空的Ti(激发态3d)有一个约为2eV的能带，这使得钛酸锂的固有电子传导率很低(低于10^-9S·cm^-1)。当应用在锂离子电芯时，锂离子在负极材料内部嵌入和脱出过程中迁移速率慢，大电流充放电极化较大，导致其倍率性能较差，这阻碍了它的广泛使用。

在此基础上，研究并开发出一种导电性能优异，同时能够抑制锂枝晶形成的负极材料对于提高锂离子电池材料充放电倍率、减小高倍率运行时发热量以及提高循环稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种负极材料、其制备方法及储能装置，以解决现有技术中负极材料存在导电性差、容易形成锂枝晶，导致锂离子电池的充放电倍率低、高倍率运行时发热量大以及循环稳定性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种负极材料的制备方法，该负极材料的制备方法包括：对氮化锂和过渡金属氧化物进行煅烧处理，得到含锂过渡金属氮化物；过渡金属氧化物中的过渡金属元素选自第VIB族中元素的一种或多种；使含锂过渡金属氮化物与钛酸锂、粘结剂和导电剂混合，得到负极材料过渡金属氧化物中的过渡金属。

进一步地，过渡金属元素选自Mo、Cr和W组成的组中的一种或多种。

进一步地，氮化锂与过渡金属氧化物的重量比为(2～4):1。

进一步地，煅烧处理的温度为500～800℃，时间为6～12h。

进一步地，含锂过渡金属氮化物、钛酸锂、粘结剂与导电剂的重量比为(5～30):(60～80):(3～6):(3～6)。

进一步地，钛酸锂与含锂过渡金属氮化物的重量比为(2～8):1。

进一步地，含锂过渡金属氮化物可用通式Li_aM_xN_y(I)表示，其中，1＜a＜3，1＜x＜3，1＜y＜3，M元素选自第VIB族中元素的一种或多种。

为了实现上述目的，本发明另一个方面还提供了一种负极材料，该负极材料由本申请提供的上述负极材料的制备方法制得。