[发明专利]锂离子电池负极材料、锂离子电池及锂离子电池制备方法

说明书

本申请提供一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及锂离子电池制备方法。上述的锂离子电池负极材料包括如下质量份的各组分：石墨35份～50份；钛酸锂5份～10份；钒酸锂10份～15份；氟化锂2份～7份；粘结剂5份～13份；分散剂40份～50份。锂离子电池负极材料中含有钒酸锂、钛酸锂和石墨，可以使负极的嵌锂电位达到0.6V～1.0V，避免过充生成锂枝晶刺穿隔膜。上述的锂离子电池制备方法中负极材料使用钒酸锂、钛酸锂和石墨配合，可以达到0.6V～1.0V的嵌锂电位，有利于负极材料表面的固体电解质界面膜的形成，并且形成的固体电解质界面膜较稳定，提高了锂离子电池的循环性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及锂离子电池制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新型化学电源的一种，具有比传统电源具有工作电压高、比能量大、无记忆效应且对环境友好等优点，被广泛研究用于各种电动设备。锂离子电池的负极材料先后经历了软/硬炭、石墨、钛酸锂以及硅碳等材料使用阶段。目前钛酸锂负极材料已经量产，但其电子导电率很低，导致了倍率性能差，大倍率工作容量迅速衰减。而硅碳材料目前尚处于前期推广阶段。

从综合性能上看，由于人造石墨及天然石墨在可逆容量，制备制程，使用寿命，能量密度高，以及来源广泛，经济性好等方面具有较大的优势，因而石墨类电极材料是一种应用最为广泛的锂电池用负极材料，据统计，目前石墨类负极在锂电池中的使用量比例在90％左右。即使在近期即将启动的的电动车锂电池领域，石墨类负极材料依然是主要的候选材料之一。但其副反应导致了首次循环不可逆容量损失，降低了锂离子电池的容量和循环性能，目前还没有根本的解决办法，并且石墨做负极材料还有一个致命的缺陷，在充电过程中，极化稍微一大，就容易出现析锂现象，特别是当电池出现过充时，析锂尤其严重，金属锂的析出，是不可逆的，一方面损伤电池的使用寿命，最为致命的，金属锂在极片表面，容易生成锂枝晶，刺穿隔膜，引起短路、着火、爆炸。

钒酸锂具有较高的理论容量作为负极材料是一个热门研究领域，钒酸锂作为负极材料，倍率性能较差，不能快速充放电。现阶段的研究主要集中在纳米钒酸锂，但纳米钒酸锂的体积容量密度很低，不适合实际使用。

现有技术已有对石墨类负极材料的颗粒表面进行修饰或者是改性的方法。在已查阅的文献中通常的改性方法主要有以下几种。针对石墨负极颗粒表面要形成SEI膜(Solidelectrolyteinterface固体电解质界面膜)的改性方法有石墨表面氧化，在石墨表面包裹金属/非金属离子(如无定形炭，聚合物，碱金属碳酸盐)等基团，以减少形成SEI膜时的锂金属消耗，以及形成更稳定的SEI膜。

目前已有将钛酸锂应用于石墨类负极材料的报到。文献(于海英,王垒,梁晓丽石墨掺杂钛酸锂负极材料的合成及性能研究化工新型材料2014(2))研究了石墨掺杂钛酸锂负极材料的合成及电化学性能。

文献(郭雪飞,钛酸锂及炭包覆钛酸锂复合材料的制备及其电化学性能研究天津大学博士论文，导师王成扬)提出了钛酸锂及炭包覆钛酸锂复合材料的制备及其电化学性能研究。基于提升钛酸锂倍率性能提升需要，在合成制备钛酸锂基础上通过炭包覆改善其导电能力，进而提高其充/放电倍率性能。

中国专利CN200610063612.0提出了复合钛酸锂电极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高钛酸锂的导电性能，降低其成本。其方法是在球型钛酸锂颗粒表面包覆或说明书1/13页4CN104091937B4掺杂纳米碳材料，表面形成一种具有多孔纳米通道的结构。

中国专利CN201310237355.8提出了锂离子电池的钒酸锂负极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高了其电导率和电化学性能，其方法是在将含锂化合物和含钒化合物前驱体充分均匀混合，在空气、还原性气氛或惰性气氛中加热进行预处理后烧结，得到锂离子电池的钒酸锂负极材料，该方法还包括在制备过程中加入含碳材料，实现产物的碳包覆。

发明内容