[发明专利]一种锆酸锂“Li2ZrO3-碳”锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锆酸锂“Li₂ZrO₃‑碳”锂离子电沲负极材料及其制备方法。本发明采用分散剂使Li₂ZrO₃和碳充分地接触制备具有高导电性、高充放电电流密度、高充放电循环稳定性、高容量和高安全性的锂电池负极材料。

技术领域

本发明涉及具有高容量和高功率密度的锂离子电池负极材料及其制备方法；更特别地，本发明涉及锂离子电池Li₂ZrO₃-碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

目前由于碳材料具有较高的库仑容量(石墨理论值372mAh/g，实际值300-350mAh/g)、较低的生产成本和较长的循环寿命【Wu，Y.P.；Rahm，E.；Holze，R.Carbon AnodeMaterials for Lithium Ion Batteries.J.Power Sources 2003，114，228；Marom，R.；Amalraj，S.F.；Leifer，N.；Jacob，D.；Aurbach，D.A Review of Advanced and PracticalLithium Battery Materials.J.Mater.Chem.2011，21，9938】，锂离子电池普遍使用硬碳、软碳和石墨作负极材料。但是由于硬碳和软碳结晶度低，虽然可以快速充电，但是由于库伦容量和首次充放电库伦效率低，很难大规模使用，尤其是难于在车用动力电池中使用。石墨虽然容量高一点，但是由于锂离子在石墨层间扩散速度慢，在大电流充电时容易在石墨表面镀锂，长枝晶导致电池内部短路【Striebel，K.A.；Shim，J.；Cairns，E.J.；Kostecki，R.；Lee，Y-J.；Reimer，J.；Richardson，T.J.；Ross，P.N.；Song，X.；Zhuang，G.V.DiagnosticAnalysis of Electrodes from High-Power Lithium-Ion Cells Cycled underDifferent Conditions.J.Electrochem.Soc.2004，151，A857-A866；Placke，T.；Siozios，V.；Schmitz，R.；Lux，S.F.；Bieker，P.；Colle，C.；Meyer，H.W.；Passerini，S.；Winter，M.Influence of Graphite Surface Modifications on the Ratio of Basal Plane to“Non-Basal Plane”Surface Area and on the Anode Performance in Lithium IonBatteries.J.Power Sources 2012，200，83；Zhang，S.S.The Effect of the ChargingProtocol on the Cycle Life of a Li-Ion Battery.J.Power Sources 2006，161，1385-1391】。

商品市场上的另外一种负极材料是Li₄Ti₅O₁₂，它可以在比碳材料高很多的电流密度下充电【Jansen，A.N.；Kahaian，A.J.；Kepler，K.D.；Nelson，P.A.；Amine，K.；Dees，D.W.；Vissers，D.R.；Thackeray M.M.Development of aHigh-Power Lithium-IonBattery.J.Power Sources1999，81-82，902-905；Jansen，A.N.；Kahaian，A.J.；Kepler，K.D.；Nelson，P.A.；Amine，K.；Dees，D.W.；Vissers，D.R.；Thackeray M.M.Development ofaHigh-Power Lithium-Ion Battery.J.Power Sources1999，81-82，902-905】，但是Li₄Ti₅O₁₂的库伦容量较低(小于160mAh/g)，做成电池的电压低(2.2-2.4V)。