[发明专利]一种新型锂离子电池钒基氢化物负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型锂离子电池钒基氢化物负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池负极材料技术领域，所述负极材料是由金属V、Ti、Cr和Ni经合金化、氢化处理后得到的钒基氢化物与碳质材料复合制得的，其制备方法是将纯金属V、Ti、Cr、Ni酸洗，然后进行熔炼、热处理，得合金，将合金进行氢化处理，粉碎，得钒基氢化物，将碳质材料加入到N‑甲基吡咯烷酮中超声分散，向其中加入钒基氢化物，搅拌，抽滤干燥，过筛，即得。本发明中该负极材料相对于传统碳负极材料，其比容量提升接近3倍，其首次放电比容量约为1000mAh g^‑1左右，对锂电压约0.4～0.5V，表现出高的比容量和低的对锂电压，有望成为石墨负极新的替代者。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种新型锂离子电池钒基氢化物负极材料及其制备方法。

背景技术

作为能源装置兼储能方式的二次电池在新能源的开发利用中发挥着重大作用，其中锂离子电池以其各项优异的性能得到了广泛的应用。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，重点影响着电池的比容量及循环性能，始终是锂离子电池的研究重点。

金属氢化物MgH₂基于转换反应作为锂离子电池的概念在2008年首次被提出，并得到MgH₂具有高达2038mAh g^-1的理论比容量和1480mAh g^-1的初始循环容量的结果，钒基氢化物也具有类似特点，其理论比容量高达1013mAh g^-1、对Li电压约0.4～0.5V，而目前商业化的锂离子电池负极材料仍以石墨为主，其理论比容量仅为372mAh g^-1。该钒基氢化物的理论比容量高达石墨负极的约2.7倍，且它作为锂离子电池负极材料的储锂机理还鲜有报道，因此作为锂离子电池负极材料显现出巨大潜力。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种新型锂离子电池钒基氢化物负极材料及其制备方法，制得的该负极材料的比容量高。

本发明提出的一种新型锂离子电池钒基氢化物负极材料，所述负极材料是由金属V、Ti、Cr和Ni经合金化、氢化处理后得到的钒基氢化物与碳质材料复合制得的。

优选地，所述V、Ti、Cr和Ni的摩尔质量比为60：22-27：4-7：8-13。

优选地，所述碳质材料为石墨、炭黑、碳纳米管、中间相碳微球、石墨烯中的一种。

优选地，所述碳质材料占负极材料总质量的3-7％。

本发明还提出了上述新型锂离子电池钒基氢化物负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纯金属V、Ti、Cr、Ni酸洗，然后进行熔炼、热处理，得钒基合金；

S2、将钒基合金进行氢化处理，粉碎，得钒基氢化物；

S3、将碳质材料加入到N-甲基吡咯烷酮中超声分散，向其中加入钒基氢化物，搅拌，抽滤干燥，得碳质材料包覆的钒基氢化物；

S4、将碳质材料包覆的钒基氢化物过筛，即得。

优选地，S1中，热处理温度为1390-1420℃，热处理时间为60-90min。

优选地，S2中，氢化处理的氢压为4-4.5MPa，反应温度为25-30℃，反应时间为1-1.5h。

优选地，S2中，采用高能球磨粉碎，球料比为4-7：1，球磨时间为7-15min。

优选地，S3中，碳质材料在N-甲基吡咯烷酮中的浓度为0.1-0.5mg/mL。

优选地，S3中，超声分散40-80min。