[发明专利]一种硼酸盐类锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼酸盐类锂离子电池负极材料及其制备方法。所述的硼酸盐类锂离子电池负极材料的化学式为Co_xNi_(3‑x)(BO₃)₂，其中，0≤x≤3。制备方法为：将硼源与镍源和/或钴源混合均匀，于氧化性气氛条件下烧结，经过冷却后制得硼酸盐类锂离子电池负极材料。本发明的Co_xNi_(3‑x)(BO₃)₂材料，原料来源广泛、成本低廉、安全性能好并且环境友好。并具有工艺流程简单，设备要求低，产品纯度高等特点。制得的Co_xNi_(3‑x)(BO₃)₂材料具有高的比容量，长循环寿命和高倍率性能，是一种具有应用潜力的锂离子电池负极材料，有望成为下一代高容量锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明属于电化学储能材料，具体来说是基于Co_xNi_(3-x)(BO₃)₂的硼酸盐类锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

化石燃料是全球使用最为广泛的能源资源。与化石燃料相关所带来的资源枯竭，环境污染以及政治动荡的风险，已经导致各种可再生能源和清洁能源，如风能，太阳能和潮汐能的迅速出现。在众多相关储能技术中，锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性优异以及环境友好等优点，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备以及大规模储能等领域。

目前商品化的锂离子电池负极材料主要有天然石墨、硅等。但是石墨的理论比容量很低，只有372mAh/g，硅的理论比容量可以达到4200mAh/g，但是硅在充放电过程中出现显著的体积效应，从而导致该材料的循环稳定性很差。因此，开发新型高容量、长循环寿命负极材料是实现锂离子电池应用的基础。

聚阴离子型化合物硼酸盐作为锂离子电池负极材料时，具有理论比容量高、循环寿命长、储量丰富、环境友好及资源分布广等优点。Liu等采用水热法及高温热解法制备了一种新型花状Ni₃B₂O₆纳米结构硼酸镍，且未添加任何模板与表面活性剂，并将这种花状纳米结构材料作为锂离子电池负极材料，其初始放电容量达到731.2mAh/g，充电容量为423.6mAh/g，首次不可逆容量较大，需进一步改善(Solid State Sciences,37(2014)131-135)。Kim等通过球磨及微波加热制备VBO₃/C复合材料，当这种复合材料用于锂离子电池负极时，其初始容量为563mAh/g，循环50圈后容量衰减到362mAh/g，其循环性能还有待提高。(Journal of Alloys and Compounds,732(2018)506-510)。随着人们对锂离子电池的探索不断深入，人们渴望开发具有高比容量、长循环寿命和优异倍率性能等优异电化学性能且制备方法简单的新型材料，来满足锂离子电池发展的需求。

发明内容

为了提高单金属硼酸盐的电化学性能，复合或双金属硼酸盐被认为是掺入这些基质的理想方式。本发明所要解决的技术问题是：提供具有比容量高，循环寿命长和倍率性能好的锂离子电池负极材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种硼酸盐类锂离子电池负极材料，其特征在于，所述的硼酸盐类锂离子电池负极材料的化学式为Co_xNi_(3-x)(BO₃)₂，其中，0≤x≤3。

优选地，所述的硼酸盐类锂离子电池负极材料的晶体结构为粒镁硼石型，属于正交晶系，Pnmn空间群。

本发明还提供了硼酸盐类锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括：将硼源与镍源和/或钴源混合均匀，于氧化性气氛条件下烧结，经过冷却后制得硼酸盐类锂离子电池负极材料。