[发明专利]一种复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合电极材料及其制备方法和应用，该复合电极材料包括：二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。本发明提供的复合电极材料以二氧化锡为主体原料，在二氧化锡中添加磷复合为电极材料，磷的加入可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变了二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低了二氧化锡的充电电压平台，同时提高了材料的循环稳定性。本发明提供的二氧化锡‑磷复合电极材料在循环100～200次后容量保持率为80％～90％，且与纯二氧化锡电极材料相比，充电电压平台降低了约0.5V，首次库伦效率提高了15％～19％，可见通过添加磷可以有效调控复合电极材料的充电电压并明显提高首次库伦效率。

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种化学能与电能相互转化的设备，因为它的超高能量密度，工作电压高，环境污染小等优点已被广泛应用。目前商用碳负极材料存在的最大问题在于其理论比容量低，即使采用各种改性方法，如掺杂处理、表面包覆等，还是难以满足其在高能量密度储能系统如动力电池方面的需求。所以寻找具有更高能量密度的新型负极材料来取代当前主流的石墨负极是提升锂离子电池性能具有重要意义。

适宜的嵌锂电位对于锂离子电池负极材料有着重要意义。嵌锂电位过低，如硅、石墨等负极材料，嵌锂电位接近析锂电位，容易在循环过程中引发锂枝晶，使电池存在安全隐患。嵌锂电位过高，如金属氧化物负极，与正极匹配时所得到的电势差较低，导致电池的输出电压不足以及能量密度较低。因此采取合适的方法对负极材料进行嵌锂电位调控能使材料具有更好的应用价值。

对纯二氧化锡负极的研究发现，二氧化锡负极转化反应部分的电压平台较高，与正极配合时形成的电势差较低，导致不足的输出电压以及较低的能量密度，难以满足器件的工作电压要求，因此该部分的容量除非与超高压的正极材料配合，否则难以得到有效利用。为了使二氧化锡负极的比容量能在全电池中尽可能多的发挥，需要对二氧化锡材料的嵌锂电压进行调控。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合电极材料及其制备方法和应用，通过在二氧化锡中添加磷，加入的磷可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变了二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低了二氧化锡的充电电压平台，同时提高了材料的循环稳定性。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种复合电极材料，所述复合电极材料包括二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。

本发明提供的复合电极材料，以二氧化锡为主体原料，二氧化锡具有来源丰富、价格低廉、无毒无害、比容量高(1494mAh/g)、适中的嵌锂电位等优点。在二氧化锡中添加磷，磷具有良好的导电性以及与石墨类似的层状结构，并且磷的嵌锂电位适中(～0.7V)，与二氧化锡的嵌锂电位相近，磷的加入可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及Li_xSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变了二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低了二氧化锡的充电电压平台，同时提高了材料的循环稳定性。本发明提供的二氧化锡-磷复合电极材料在循环100～200次后容量保持率为80～90％，且与纯二氧化锡电极材料相比，充电电压平台降低了约0.5V，首次库伦效率提高了15％～19％，可见通过添加磷可以有效调控复合电极材料的充电电压和并明显提高首次库伦效率。

第二方面，本发明提供了一种复合电极材料的制备方法，包括：

准备复合电极材料的原料物质和助磨剂，所述原料物质至少包括二氧化锡和磷；

将所述原料物质和助磨剂进行球磨，得到复合电极材料。