[发明专利]一种多金属氧酸盐碳纳米管锂离子电池用电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用的电极材料，尤其涉及一种多金属氧酸盐碳纳米管锂离子电池用电极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球石油资源的严重不足，环境污染问题日益加重，对大规模清洁能源的需求越来越大，但太阳能，风能等清洁能源在时间、空间上分布不均匀，必须利用大规模储能系统来保障电网的稳定性和电力供应的连续性。锂电池作为一种有效的能量转换和能量存储设备，自发明以来一直倍受到关注，其工作电压高、能量密度大、比能量高、比功率大、放电平稳、无记忆效应等特点广泛应用于各种电子产品。虽然锂电池在3C产品中取得了很大成功，但其在动力应用和储能领域仍处于起步阶段，制约其发展的关键因素是电极材料，目前主要应用于动力和储能领域的正极材料是磷酸铁锂，磷酸铁锂相比于其它正极材料有热稳定性和安全性的优势，但由于其内部晶格限制，导电性较差，无法满足大电流充放电的需求。

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。正锂离子电池能量密度高，平均输出电压高，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽，循环性能优越，使用寿命长。可快速充放电、充电效率高达95%以上，输出功率大，不含有毒有害物质，是现代高性能电池的代表，可应用于电动自行车、电动汽车、电力系统发、输、变、配、用各环节的储能领域。正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，应用在动力和储能领域的主要正极是磷酸铁锂。但由于其自身内部结构所限，其电子传导性和锂离子传导性较差，限制了其在动力和储能领域的应用。因此，能满足电子传导性和锂离子传导性双重要求的正极材料成为目前正极材料发展的趋势。

另有中国专利公布号为CN103606652A，公告日为2014.2.26，公开了一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法，该方法制得的电极材料，可提高锂电池的电容量，提升其充放电性能，降低磷酸铁锂电极材料在烧结过程中的烧结温度，缩短烧结时间，提高磷酸铁锂电极材料的放电比容量。但决定电池内阻的因素包括电子传导性和离子传导性，从该专利所描述来看，该方法制备的电极材料，仅提高了电子传导性，但未从离子传导性上着手，虽可在一定程度上提升放电比容量，但未必能保证电池具有大倍率放电的能力。

 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种多金属氧酸盐碳纳米管锂离子电池用电极材料及其制备方法，锂离子能在多金属氧酸锂盐的三维骨架中自由传输，碳纳米管由于其特殊的结构，导电性良好，两种材料的结合，使该电极材料提高了电子传导性和锂离子传导性，能满足电子传导性和锂离子传导性双重要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多金属氧酸盐碳纳米管锂离子电池用电极材料，其特征在于：所述电极材料包括多金属氧酸锂盐和碳纳米管。

所述多金属氧酸盐是为Li₃XY₁₂O₄₀或Li₄XY₁₂O₄₀，其中X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种。

多金属氧酸盐碳纳米管锂离子电池用电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）分别配制多金属氧酸与固体碳纳米管水溶液；其中所述多金属氧酸为H₃XY₁₂O₄₀或H₄XY₁₂O₄₀，其中X指P、Si两种元素中任意一种，Y指Mo、W两种元素中任意一种；

（2）将多金属氧酸溶液加入碳纳米管溶液中，反应4-20小时；

（3）然后加入氢氧化锂LiOH溶液，反应4-12小时，得固体沉淀物；

（4）将固体沉淀物洗涤后，干燥，得到电极材料

所述多金属氧酸与固体碳纳米管的质量比为1：4-9。

所述氢氧化锂LiOH与多金属氧酸的摩尔比为3-4：1.

所述步骤（4）中固体沉淀物洗涤方式：先用蒸馏水，然后用酒精。

所述步骤（4）中洗涤后的固体沉淀物置于50-150℃真空干燥箱中干燥4-24小时，得到电极材料。

本发明具有以下优点：