[发明专利]一种用于负极活性材料的镁掺杂锡酸钙复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种负极活性材料，该负极活性材料为镁掺杂锡酸钙复合材料，在镁掺杂锡酸钙复合材料中，镁元素占所述镁掺杂锡酸钙复合材料的质量分数为0.5～2％。本发明通过在锡酸钙中引入镁元素，在一定程度上克服了锡酸钙(CaS nO₃)的本征缺陷，提高了锡酸钙的可逆容量、循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池负极材料领域，具体包括一种用于负极活性材料的镁掺杂锡酸钙复合材料及其制备方法。

背景技术

随着消费类电子产品以及新能源汽车的广泛发展，市场对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。高能量密度的锂离子电池需要有高比容量的负极材料与之匹配，石墨作为目前应用广泛应用的负极材料，其实际比容量在372mAh/g之下，难以满足能量密度的要求。

与传统石墨负极材料相比，金属氧化物具有优异的脱/嵌锂能力，其理论比容量普遍较高，在众多候选材料中，过渡金属氧化物，如FeO、CoO、NiO、Cu₂O等可作为锂离子电池负极材料，且通过电化学性能测试发现这些材料表现出较高的比容量(600mA·h/g)，此值大约是碳材料理论容量的两倍。自此过渡金属氧化物M_xO_y(M＝Fe、Co、Ni、Ti等)作为锂离子电池负极材料受到人们的广泛关注。但是金属氧化物的电子电导性差，Li⁺脱/嵌过程中会产生不可逆的体积膨胀，造成晶格崩塌，导致晶体粉碎、脱落等问题，极大地影响了锂电池的循环稳定性。

钙钛矿型氧化物(ABO₃)具有较高的理论容量、高离子电导率、资源储量丰富等优点，符合未来锂离子电池负极材料发展的要求。在钙钛矿晶体结构中，不同的A、B离子均会存在BO6八面体不同程度的扭曲，这使得在立方体顶角处产生了大量的空穴，有利于离子的迁移。其中，锡酸钙(CaSnO₃)作为钙钛矿型氧化物是一种新型的负极材料，其理论比容量约为994mAh/g，远超目前常用的负极材料，且制备工艺成熟且简单，价格低廉且环保，极具成为新一代负极材料的潜力。

为了减轻锡基电极材料因为体积变化，引起电极的崩裂和粉化，进而导致材料的电接触变差、循环过程中容量的衰减的缺陷，通常采取如下措施:(1)制备具有特殊形貌的锡氧化物(如薄膜、纳米粒子或者呈无定型态)，以将体积膨胀率降到最小；(2)设法使合金形成在一个由不同晶系氧化物或金属间化合物(对金属锂来说可以是活性的或非活性的)或者碳的衍生物组成的网状结构中，以阻止金属锡的分离并缓冲合金化过程中因体积膨胀所引起的应力；(3)选择合适的电池操作电压窗口以减少副反应的发生。

发明内容

为解决现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种负极活性材料，该负极活性材料为镁掺杂锡酸钙复合材料，在一定程度上克服了锡酸钙(CaSnO₃)的本征缺陷，提高了锡酸钙的可逆容量、循环性能。

根据本发明的第一个方面，提供一种负极活性材料，该负极活性材料为镁掺杂锡酸钙复合材料，在镁掺杂锡酸钙复合材料中，镁元素占镁掺杂锡酸钙复合材料的质量分数为0.5～2％，例如可以为0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8、2％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。