專(zhuān)利名稱：一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)九十年代，Sony公司使用片層石墨代替安全性極差的金屬Li，制備成功第一種可充的鋰離子二次電池以來(lái)，鋰離子電池因其高比能量，無(wú)污染，應(yīng)用范圍廣得到了飛速發(fā)展，已從移動(dòng)通訊電源、筆記本電腦、攝像機(jī)等擴(kuò)大到電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。目前，Li4Ti5O12作為嵌鋰材料，在電化學(xué)過(guò)程中具有高鋰離子擴(kuò)散速率，零體積變化率等優(yōu)點(diǎn)，成為鋰離子電池和超級(jí)電容器的負(fù)極材料，其理論容量為175mAh/g，實(shí)際循環(huán)容量為150 160mAh/g。反應(yīng)有著十分平坦的充一放電平臺(tái)，平均電壓平臺(tái)為1. 5V左右， 超過(guò)反應(yīng)全過(guò)程的90%。由于是零應(yīng)變電極材料，在鋰離子嵌入和脫嵌的過(guò)程中，其晶型不發(fā)生明顯改變，只有很小的收縮和膨脹，晶體結(jié)構(gòu)在鋰離子嵌入和脫出過(guò)程中非常穩(wěn)定，因此其電化學(xué)循環(huán)性能非常好。相對(duì)于石墨等碳負(fù)極，安全性和可靠性也得以大大改善。然而，Li4Ti5O12M料的電化學(xué)容量較小，僅為nSmAhg—1，其電化學(xué)容量和能量密度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的碳材料，電化學(xué)脫嵌鋰平臺(tái)均在1. 5V左右，并且在電化學(xué)反應(yīng)中會(huì)大量產(chǎn)生氣體， 影響電池的裝配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種工藝簡(jiǎn)單、導(dǎo)電性能好、循環(huán)穩(wěn)定性好、安全性高的一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是 一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特點(diǎn)是步驟包括
(1)稱取原材料
按質(zhì)量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驅(qū)體=2 — 8 :1—2 :1—2稱取VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體； ⑵制備混合物漿料
在球磨罐中，按照溶劑/原材料的總和=2-20ml/g的比例，將步驟⑴中稱取的VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體溶于溶劑中，進(jìn)行共同的液相攪拌球磨1-100小時(shí)，形成混合物漿料；
(3)制備負(fù)極材料前驅(qū)體
將步驟⑵中混合物漿料置入干燥箱中進(jìn)行70-120°C、2-10小時(shí)加熱抽離溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；
(4)制備鋰離子電池負(fù)極材料
將步驟⑶中制備的負(fù)極材料前驅(qū)體置于惰性氣氛下的高溫爐中，以速度1-10°C /min 升溫到500-1200°C，高溫?zé)Y(jié)3-Mh，關(guān)閉電源，自然冷卻后，得到作為鋰離子電池負(fù)極材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
所述步驟⑴中VB副族元素氧化物為Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化學(xué)計(jì)量比NbOx中的一種。所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纖維；所述碳的前驅(qū)體包括浙青或糖類(lèi)。所述步驟⑵中溶劑為水、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、己烷、環(huán)己烷中的一種或幾種。所述步驟⑷中惰性氣氛為氮?dú)?、氬氣、任意比例的氮?dú)饣驓鍤馀c氫氣的混合氣體中的一種。所述步驟⑵中的共同球磨時(shí)間為30小時(shí)。所述步驟⑷中燒結(jié)爐的升溫速度為5°C /min，升溫溫度700°C，燒結(jié)時(shí)間證。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1、本發(fā)明采用選擇鈮Nb或鉭Ta氧化物和碳材料共同球磨，混合包覆均勻；通過(guò)燒結(jié)使碳前驅(qū)體及碳材料在電極材料主體內(nèi)部及表面搭建規(guī)整的碳層，形成核殼結(jié)構(gòu)，有效的提高了材料導(dǎo)電性能。2、本發(fā)明采用使用鈮或鉭氧化物作為儲(chǔ)鋰活性物質(zhì)，其脫嵌鋰電位較高，在電池反應(yīng)中，不涉及鋰的溶解和析出，具有較高的安全性能。3、本發(fā)明還具有電極材料的電化學(xué)可逆容量高的特點(diǎn)，有望成為新一代高容量鋰離子電池負(fù)極材料。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1樣品電極循環(huán)性能曲線和充放電曲線圖； 圖2是Nb2O5的電化學(xué)循環(huán)性能。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 1-2詳細(xì)說(shuō)明如下
一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特點(diǎn)是步驟包括 (1)稱取原材料
按質(zhì)量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驅(qū)體=2 — 8 1—2 1—2稱取VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體； ⑵制備混合物漿料
在球磨罐中，按照溶劑/原材料的總和=2-20ml/g的比例，將步驟⑴中稱取的VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體溶于溶劑中，進(jìn)行共同的液相攪拌球磨1-100小時(shí)，形成混合物漿料；
(3)制備負(fù)極材料前驅(qū)體
將步驟⑵中混合物漿料置入干燥箱中進(jìn)行70-120°C、2-10小時(shí)加熱抽離溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；
(4)制備鋰離子電池負(fù)極材料將步驟⑶中制備的負(fù)極材料前驅(qū)體置于惰性氣氛下的高溫爐中，以速度1-10°C /min 升溫到500-1200°C，高溫?zé)Y(jié)3-Mh，關(guān)閉電源，自然冷卻后，得到作為鋰離子電池負(fù)極材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。實(shí)施例1
將IOg Nb2O5，2. 5g人造石墨，2. 5g煤浙青置于有50ml乙醇溶劑的球磨罐中進(jìn)行共同的液相攪拌球磨30小時(shí)，形成混合物漿料；將混合物漿料置入干燥箱中進(jìn)行80°C、4小時(shí)加熱抽離溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；將所得負(fù)極材料前驅(qū)體置于高溫爐中，氬氣氣氛下以 5°C /min升溫到700°C，高溫?zé)Y(jié)5h，關(guān)閉電源，自然冷卻后，得到作為鋰離子電池負(fù)極材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料，經(jīng)性能測(cè)試，電極循環(huán)性能曲線和充放電曲線圖如圖1 所示。實(shí)施例2
將12g Nb2O5，1. 5煤浙青，1. 5g天然石墨置于有50ml乙醇溶劑的球磨罐中進(jìn)行共同的液相攪拌球磨30小時(shí)，形成混合物漿料；將混合物漿料置入干燥箱中進(jìn)行80°C、4小時(shí)加熱抽離溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；將所得負(fù)極材料前驅(qū)體置于高溫爐中，氮?dú)鈿夥障?°C / min升溫到700°C，高溫?zé)Y(jié)5h，關(guān)閉電源，自然冷卻后，得到作為鋰離子電池負(fù)極材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。比較例1
使用TiO2和Li2CO3在高溫(850 IOOO0C )下進(jìn)行合成Li4Ti5O12,時(shí)間為24h。為了補(bǔ)償在高溫下Li2CO3的揮發(fā)，通常使Li2CO3過(guò)量約8%。比較例2
將Nb2O5材料直接制備電極材料，進(jìn)行測(cè)試，Nb2O5的電化學(xué)循環(huán)性能如圖2所示。表1列出了不同實(shí)施例和比較例的負(fù)極材料性能比較。表1不同實(shí)施例和比較例中負(fù)極材料容量的比較
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于步驟包括(1)稱取原材料按質(zhì)量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驅(qū)體=2 — 8 :1—2 :1—2稱取VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體；⑵制備混合物漿料在球磨罐中，按照溶劑/原材料的總和=2-20ml/g的比例，將步驟⑴中稱取的VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驅(qū)體溶于溶劑中，進(jìn)行共同的液相攪拌球磨1-100小時(shí)，形成混合物漿料；(3)制備負(fù)極材料前驅(qū)體將步驟⑵中混合物漿料置入干燥箱中進(jìn)行70-120°C、2-10小時(shí)加熱抽離溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；(4)制備鋰離子電池負(fù)極材料將步驟⑶中制備的負(fù)極材料前驅(qū)體置于惰性氣氛下的高溫爐中，以速度1-10°C /min 升溫到500-1200°C，高溫?zé)Y(jié)3-Mh，關(guān)閉電源，自然冷卻后，得到作為鋰離子電池負(fù)極材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述步驟⑴ 中VB副族元素氧化物為Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化學(xué)計(jì)量比NbOx中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纖維；所述碳的前驅(qū)體包括浙青或糖類(lèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述步驟⑵ 中溶劑為水、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、己烷、環(huán)己烷中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述步驟⑷ 中惰性氣氛為氮?dú)?、氬氣、任意比例的氮?dú)饣驓鍤馀c氫氣的混合氣體中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述步驟⑵ 中的共同球磨時(shí)間為30小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述步驟⑷ 中燒結(jié)爐的升溫速度為5°C /min，升溫溫度700°C，燒結(jié)時(shí)間釙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特點(diǎn)是步驟包括按質(zhì)量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驅(qū)體=2—81—21—2稱取原材料；將原材料溶于溶劑中共同球磨后，加熱抽離出溶劑，得到負(fù)極材料前驅(qū)體；將前驅(qū)體在惰性氣氛下的高溫?zé)Y(jié)，得到碳包覆VB副族元素氧化物材料。本發(fā)明采用選擇鈮Nb或鉭Ta氧化物和碳材料共同球磨，提高了材料導(dǎo)電性能、安全性能，還具有電極材料的電化學(xué)可逆容量高的特點(diǎn)，有望成為新一代高容量鋰離子電池負(fù)極材料。
文檔編號(hào)H01M4/1391GK102354742SQ201110281899
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者任麗彬, 劉興江, 盧志威, 孫文彬, 彭慶文 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所