本發(fā)明涉及鋰離子電池材料，尤其涉及一種鋰電池負(fù)極、鈮基負(fù)極及其鈮基負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子二次電池憑借其優(yōu)良的性能成為新一代電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源。目前，能夠大規(guī)模商業(yè)化的鋰離子二次電池負(fù)極材料主要是嵌入反應(yīng)電極結(jié)構(gòu)體系，大致可分為三類：石墨為主的負(fù)極，硅負(fù)極，鈦酸鋰負(fù)極以及鈮基負(fù)極。近幾年，電動(dòng)汽車對電池安全性，快充性和能量密度的需求明顯上升，鈮基負(fù)極放電電壓約1.6v，不產(chǎn)生鋰枝晶，理論放電容量＞360mah/g，幾乎是鈦酸鋰的兩倍，同時(shí)具有優(yōu)異的快充性能。

2、要實(shí)現(xiàn)鈮基電池的性價(jià)比，鈮基電池的循環(huán)壽命必須足夠長，由于鈮基負(fù)極的充放電電位較高，因此傳統(tǒng)石墨體系的電解液添加劑很難實(shí)現(xiàn)在鈮酸鈦負(fù)極表面的成膜，需要人為的在負(fù)極表面構(gòu)造一層穩(wěn)定的界面膜，以增加對鈮基電池材料表面的保護(hù)。

3、但是目前鈮酸鈦材料成本較貴，因此鈮酸鈦電池具有較高初始購置成本，制約其大規(guī)模應(yīng)用，如果鈮酸鈦電池具備超長循環(huán)性，在電池應(yīng)用的全生命周期將會(huì)具有很高的性價(jià)比，但是目前鈮酸鈦材料的循環(huán)性仍不盡人意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明目的之一在于，提供一種穩(wěn)定性良好的活性材料，使之在高倍率下仍保持較優(yōu)的電化學(xué)性能，同時(shí)具有高的界面穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明目的之二在于，提供一種負(fù)極活性材料的制備方法。

3、本發(fā)明目的之三在于，提供一種負(fù)極活性材料的應(yīng)用。

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

5、一種鈮基負(fù)極材料，包括鈮酸鈦負(fù)極材料基體及包覆在基體表面上的人造電池界面膜，鈮酸鈦負(fù)極材料的化學(xué)成分為：mcnbdoe，其中0＜c≤1，0＜d≤1，0＜e≤1，m為na、k、al、mg、zn、ni、mn、fe、co、ti、y、sc、ru、cu、mo、ge、w、zr、ca、nb、ta、p、v、s、f、b、si、ba、pb、in、ga、sb、si、bi和sr中的至少一種，人造電池界面膜的成分為：lixbypzomfn，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1、0≤m≤2.2，0≤n≤2.2，y，z和n不能同時(shí)為0。

6、進(jìn)一步優(yōu)選為，鈮酸鈦負(fù)極材料基體具有以下任一分子式：ni0.166nb0.333o(ninb2o6)、ti0.142nb0.286o(tinb2o7)、ti0.069nb0.345o(ti2ni10o29)、mg0.023nb0.391o(mg2nb34o87)、zn0.023nb0.391o(zn2nb34o87)、mo0.030nb0.364o(monb12o33)、ga0.008nb0.395o(ganb49o124)、zr0.161nb0.387(zrnb24o62)和ti0.032nb0.387o(ti2nb24o62)及其摻雜和包覆衍生物。

7、進(jìn)一步優(yōu)選為，人造電池界面膜的成分為lipo2f2、lif、li3bo3和li3po4中的任一一種。

8、進(jìn)一步優(yōu)選為，人造電池界面膜為磷酸、氟化鋰、硼酸、硼酸鋰、磷酸鋰、二氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰以及其它含有p，f和硼元素化合物中的至少一種，且人造電池界面膜的質(zhì)量為總體質(zhì)量的0.1％-10％。

9、一種鈮基負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟：

10、步驟一：對鈦源和鈮源進(jìn)行濕法研磨，以獲得目標(biāo)粒徑的第一漿料。

11、步驟二：將得到的第一漿料進(jìn)行噴霧和燒結(jié)，獲得鈮酸鹽基體。

12、步驟三：將鈮酸鈦基體、人造電池界面膜和包覆均勻助劑進(jìn)行混合研磨，獲得濕法混合后的第二漿料。

13、步驟四：將濕法混合后的第二漿料混合并研磨均勻后，對第二漿料進(jìn)行噴霧干燥，獲得噴霧干燥后的粉料。

14、步驟五：將粉料進(jìn)行煅燒，將煅燒后的粉料進(jìn)行過篩，獲得人造電池界面膜包覆的鈮基負(fù)極材料。

15、進(jìn)一步優(yōu)選為，鈦源為二氧化鈦、四氯化鈦、氫氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸四丁酯、硫酸氧化鈦、鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯、一氧化鈦、金屬鈦中的一種或多種。

16、進(jìn)一步優(yōu)選為，鈮源為五氧化二鈮、氧化鈮、氯化鈮、草酸鈮、草酸鈮銨、二氧化鈮和金屬鈮中的一種或多種。

17、進(jìn)一步優(yōu)選為，包覆均勻助劑為碳納米管、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯醇、檸檬酸、蔗糖、葡萄糖、果膠和聚乙二醇中的至少一種，且包覆均勻助劑的質(zhì)量為加入總固體質(zhì)量的0.1％-15％。

18、一種鋰電池負(fù)極，其包括隔膜、電解質(zhì)、正極、補(bǔ)鋰劑中的至少兩種鋰電池負(fù)極活性材料。

19、進(jìn)一步優(yōu)選為，鋰電池負(fù)極上設(shè)置有集流體，而集流體上負(fù)載有鋰電池負(fù)極活性材料。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：通過添加p的界面膜能夠增加電池材料的穩(wěn)定性，含有f元素的界面膜能夠增加電池材料的離子導(dǎo)電性，含有b元素的界面膜能夠同時(shí)增加電池材料的穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性；通過制備方法借助包覆均勻助劑將人工界面膜劑均勻的包覆在鈮基負(fù)極表面，進(jìn)而使得包含p元素和b元素的界面膜能夠穩(wěn)定負(fù)極的循環(huán)，包含氟元素和b元素的界面膜能夠提升倍率性能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鈮基負(fù)極性能的提升，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定的制備出包覆鈮基負(fù)極材料的人造電池界面膜。

技術(shù)特征：

1.一種鈮基負(fù)極材料，其特征在于，包括鈮酸鈦負(fù)極材料基體及包覆在所述基體表面上的人造電池界面膜，所述鈮酸鈦負(fù)極材料的化學(xué)成分為：mcnbdoe，其中0＜c≤1，0＜d≤1，0＜e≤1，m為na、k、al、mg、zn、ni、mn、fe、co、ti、y、sc、ru、cu、mo、ge、w、zr、ca、nb、ta、p、v、s、f、b、si、ba、pb、in、ga、sb、si、bi和sr中的至少一種，人造電池界面膜的成分為：lixbypzomfn，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1、0≤m≤2.2，0≤n≤2.2，y，z和n不能同時(shí)為0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮基負(fù)極材料，其特征在于，所述鈮酸鈦負(fù)極材料基體具有以下任一分子式：ni0.166nb0.333o(ninb2o6)、ti0.142nb0.286o(tinb2o7)、ti0.069nb0.345o(ti2ni10o29)、mg0.023nb0.391o(mg2nb34o87)、zn0.023nb0.391o(zn2nb34o87)、mo0.030nb0.364o(monb12o33)、ga0.008nb0.395o(ganb49o124)、zr0.161nb0.387(zrnb24o62)和ti0.032nb0.387o(ti2nb24o62)及其摻雜和包覆衍生物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮基負(fù)極材料，其特征在于，所述人造電池界面膜的成分為lipo2f2、lif、li3bo3和li3po4中的任一一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮基負(fù)極材料，其特征在于，所述人造電池界面膜為磷酸、氟化鋰、硼酸、硼酸鋰、磷酸鋰、二氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰以及其它含有p，f和硼元素化合物中的至少一種，且人造電池界面膜的質(zhì)量為總體質(zhì)量的0.1％-10％。

5.一種鈮基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，用于制作權(quán)1至權(quán)4任意一項(xiàng)所述的鈮基負(fù)極材料，具體包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈮基負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述鈦源為二氧化鈦、四氯化鈦、氫氧化鈦、偏鈦酸、鈦酸四丁酯、硫酸氧化鈦、鈦酸四乙酯、鈦酸異丙酯、一氧化鈦、金屬鈦中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈮基負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述鈮源為五氧化二鈮、氧化鈮、氯化鈮、草酸鈮、草酸鈮銨、二氧化鈮和金屬鈮中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈮基負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述包覆均勻助劑為碳納米管、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯醇、檸檬酸、蔗糖、葡萄糖、果膠和聚乙二醇中的至少一種，且所述包覆均勻助劑的質(zhì)量為加入總固體質(zhì)量的0.1％-15％。

9.一種鋰電池負(fù)極，其特征在于，其包括隔膜、電解質(zhì)、正極、補(bǔ)鋰劑中的至少兩種以及包含權(quán)利要求1～8任一所述的鋰電池負(fù)極活性材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰電池負(fù)極，其特征在于，所述鋰電池負(fù)極上設(shè)置有集流體，而集流體上負(fù)載有權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的鋰電池負(fù)極活性材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋰電池負(fù)極、鈮基負(fù)極及其鈮基負(fù)極材料的制備方法，包括鈮酸鈦負(fù)極材料基體及包覆在基體表面上的人造電池界面膜。本發(fā)明通過添加含有P的界面膜能夠增加電池材料的穩(wěn)定性，含有F元素的界面膜能夠增加電池材料的離子導(dǎo)電性，含有B元素的界面膜能夠同時(shí)增加電池材料的穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性；通過制備方法借助包覆均勻助劑將人工界面膜劑均勻的包覆在鈮基負(fù)極表面，進(jìn)而使得包含P元素和B元素的界面膜能夠穩(wěn)定負(fù)極的循環(huán)，包含氟元素和B元素的界面膜能夠提升倍率性能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鈮基負(fù)極性能的提升，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定的制備出包覆鈮基負(fù)極材料的人造電池界面膜。

技術(shù)研發(fā)人員：武懌達(dá),彭辰波,王英煦,邵戈,趙星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安金沙江電池有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19