[发明专利]一种新型锂离子电池电极材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于能源材料的制备和电化学电源领域,具体涉及一种锂离子电池电极材料。

背景技术

锂离子电池是90年代后投放市场的新一代绿色环保电池，它因为工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电功率小、无记忆效应、无污染等优点而被广泛应用于便携式电器及电动汽车中。近年来，尤其对便携式设备的需求渐趋增大，开发小体积、大容量、长寿命、高效率的锂离子电池体系是目前研究的热点。碲，一种具有较高导电性的半导体材料，作为光电转换材料用于能量转换器件（如，CN102360962A）或作为催化剂材料用于燃料电池（如，CN102593472A）中。但还未被应用在锂离子电池电极材料中。

发明内容

本发明提供了一种碲基材料,其包含碲-载体材料复合物，所述碲-载体材料复合物选自碲/碳复合物、碲/金属氧化物复合物、碲/硫族金属化合物、碲/导电聚合物复合物中的一种或几种；

其中，所述金属氧化物选自氧化锰、氧化钛、氧化钴、氧化锡、氧化钨中的一种或多种；

所述的碲/碳复合物包括：碲/多孔碳复合物，碲/碳纳米管复合物，碲/石墨烯复合物，碲/碳黑复合物，碲/石墨复合物，碲/中间相碳微球复合物；多孔碳选自含有大孔、介孔、微孔及分级多孔碳中至少一种的碳材料；碳黑选自乙炔黑、科琴黑中的一种或多种；石墨选自天然石墨、人工石墨、改性石墨中的一种或多种；

所述的导电聚合物选自聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚苯、聚丙烯腈的一种或多种。

所述硫族金属化合物包括金属硫化物、金属硒化物、金属碲化物。其中金属至少选自Ca、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Nb、Pb、Sb、Ge中的一种或多种。

优选地，所述碲-载体材料复合物选自碲/碳复合材料和碲/硫族金属化合物。尤其优选，所述碲-载体材料复合物选自碲／微孔碳载体复合物、碲／碲化铜复合材料、碲／聚吡咯／碲化铜复合材料。本发明提供了一种碲基电极材料。该电极含有上述碲基材料、粘结剂和导电添加剂。

进一步的，粘结剂为水系粘结剂或水系粘结剂与有机体系粘结剂的组合；水系粘结剂选自：海藻酸钠，羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶复合物，环糊精，聚环氧乙烷中的一种或多种；有机体系粘结剂选自：聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶复合物时效果最优。

进一步的，导电添加剂选自Super-P（导电炭黑的一种），科琴黑（ketjenblack EC-600JD，导电炭黑的一种），碳纳米管，石墨烯中的一种或者多种混合物。优选的，所述导电添加剂为石墨烯、科琴黑及Super-P以1:0.5:0.5时效果最优。

本发明提供了一种金属锂二次电池，包括作为负极的金属锂、作为正极的上述碲基电极材料和有机电解液。

进一步的，电解质选自液体电解质和固体电解质；

其中，所述的液体电解质包括基于质子性有机溶剂和离子液体的电解质；固体电解质包括无机固态电解质、凝胶聚合物电解质和固态聚合物电解质；

基于质子性有机溶剂的电解质选自醚电解液和碳酸酯电解液；醚电解液的溶剂选自1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚和三乙二醇二甲醚中的至少一种，溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、碘化锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的至少一种；碳酸酯电解液的溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种，溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸钠、碘化锂和二（三氟甲基磺酰）亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种；

所述无机固态电解质选自一种或多种固态陶瓷电解质；

所述聚合物电解质选自聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇二甲醚(PEGDME)、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)中的一种或几种。

本发明提供了一种锂离子电池，包括能够可逆嵌脱锂的正极，负极和电解质，其特征在于，负极以碲基材料作为活性物质，且所述正极和负极中都包含粘结剂，优选地，所述正极或负极中包含水溶性胶作为粘结剂，特别优选地，所述正极和负极中都包含水溶性胶作为粘结剂。

进一步的，正极材料为嵌锂化合物，选自锂过渡金属氧化物和聚阴离子正极材料，选自锰酸锂及其复合物，三元正极材料（LiNixCoyMn1-x-yO2）及其复合物、钴酸锂及其复合物，磷酸铁锂及其复合物，富锂材料及其复合物(xLi2MnO3(1-x)LiMO2(M=Co,Ni,Mn))。