本发明属于锂离子电池,具体涉及一种锂离子电池负极用添加剂材料及其制备方法以及应用。
背景技术:
1、锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、使用寿命长、低自放电等诸多优点,在3c电子、动力电池和储能领域占有较大的应用市场,具有广阔的应用前景。负极材料作为锂离子电池中的重要组成部分,是限制电池能量密度、倍率等性能的主要短板之一。石墨作为最常用的锂电池负极材料之一,存在一些安全性问题,例如,当电池在高充电倍率的工作状态下时,由于石墨表面缓慢的锂离子传递,电池极化增大,达到锂离子沉积过电位,锂离子在石墨颗粒表面以锂枝晶形式析出,导致活性锂的减少,锂枝晶不断生长,刺破隔膜,诱发电池短路,产生大量热量,发生热失控现象,使电池的安全性能变差。有效解决负极侧的安全隐患,避免电池发生热失控的现象,成为行业内亟需解决的问题。
2、目前,现有技术方案通常通过材料改性、负极包覆等方法来改善石墨的倍率性能,通过改性石墨的形貌和结构的方法,容易造成石墨结构破坏,增大与电解液接触的比表面积,固态电解质界面膜的生成会消耗更多的活性锂,降低电池容量及首效,锂离子的去溶剂化能力并未得到改善。
3、因此,通过包覆的方式对负极材料进行包覆可以有效改善石墨的倍率性能。但是,通过包覆电子导电性的材料,无法提高锂离子的输运能力,容易造成极化,无法改善锂离子的去溶剂化能力;而通过包覆电子导电性材料和离子导电性材料的双包覆层,由于包覆层的分层,实际上难以形成连续的电子和离子传输通道,也无法改善锂离子的去溶剂化能力。
4、因此,提供一种既具备离子电导特性,又具备电子电导特性,同时能促进锂离子的去溶剂化,从而提高包覆后负极的材料性能的负极添加剂材料成为需待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极用添加剂材料及其制备方法以及应用,本发明提供的锂离子电池负极用添加剂材料既具备离子电导特性,又具备电子电导特性,同时能促进锂离子的去溶剂化,从而提高包覆后负极的材料性能。
2、本发明提供了一种锂离子电池负极用添加剂材料,包括内核和包覆层,所述内核为由li3alf6和alpo4构建的异质同构体,所述包覆层为li3po4。
3、优选的,所述由li3alf6和alpo4构建的异质同构体的制备方法包括以下步骤:
4、在保护气氛条件下,将li3alf6和alpo4混合进行高能球磨后烘干和煅烧,得到由li3alf6和alpo4构建的异质同构体。
5、优选的,所述li3alf6和alpo4的摩尔比为1:(2~3);
6、所述保护气氛条件为氩气;
7、所述高能球磨时,加入研磨球的量与li3alf6和alpo4的总量的质量比为(5~10):1,研磨溶剂的质量与li3alf6和alpo4的总量的质量比为(3~4):1,所述研磨溶剂选自硬脂酸;
8、所述高能球磨的温度为25~35℃,每高能球磨60min后停止,进行冷却10min,高能球磨的时间为30~40h,高能球磨的转速为1600~1800rpm;
9、所述烘干的温度为100~200℃;
10、所述煅烧的气氛条件为氩气气氛,煅烧的温度为400~500℃,时间为4~6h。
11、优选的,所述由li3alf6和alpo4构建的异质同构体的粒径为100±20nm,所述包覆层的厚度为5~10nm。
12、本发明还提供了一种上述锂离子电池负极用添加剂材料的制备方法,包括以下步骤:
13、a)将由li3alf6和alpo4构建的异质同构体、水和分散剂按照质量比10:(500~1000):(0.1~0.3)混合,得到悬浊液;
14、b)将锂化合物、磷酸类化合物和悬浊液混合进行反应,反应结束后静置、固液分离,得到锂离子电池负极用添加剂材料。
15、优选的,步骤a)中,所述分散剂选自聚乙二醇、聚丙烯酰胺、甲基戊醇和三乙基己基磷酸中的一种。
16、优选的,步骤b)中,所述锂化合物选自lioh、li2co3、ch3cooli中的一种或多种;
17、所述磷酸类化合物选自h3po4、nh4h2po4、(nh4)2hpo4中的一种或多种;
18、所述由li3alf6和alpo4构建的异质同构体、锂化合物和磷酸类化合物的质量比为10:(0.124~0.512):(0.169~0.253);
19、所述反应为微波加热反应,所述微波的功率为800~1000w,所述反应的温度为60~80℃,所述反应的时间为10~20min。
20、本发明还提供了一种负极材料,包括负极活性材料,以及包覆于所述负极活性材料表面的添加剂材料,所述添加剂材料选自上述锂离子电池负极用添加剂材料。
21、优选的,所述负极活性材料选自石墨、硅碳材料、硅氧材料中的一种或多种;
22、所述负极活性材料与添加剂材料的质量比为49~99。
23、本发明还提供了一种上述负极材料的制备方法,包括以下步骤:
24、将负极活性材料和添加剂材料制备为复合浆料;
25、将所述复合浆料喷雾干燥,得到添加剂材料包覆的负极活性材料。
26、本发明还提供了一种锂离子电池,包括上述负极材料。
27、与现有技术相比,本发明提供了一种锂离子电池负极用添加剂材料,其特征在于,包括内核和包覆层,所述内核为由li3alf6和alpo4构建的异质同构体,所述包覆层为li3po4。本发明通过将li3alf6和alpo4两种电子绝缘材料结合制备异质同构体材料,使该材料产生电子电导率,从而得到一种新的离子电子混合导体,使用微波非均相沉淀法在该混合导体表面包覆一层li3po4,得到一种能够快速使锂离子去溶剂化并快速传输锂离子的复合材料,该混合导体材料应用于负极包覆,可以加快负极表面的锂离子迁移动力学,显著降低极化,提高电池倍率性能,抑制锂枝晶的生成,增加电池的安全性与稳定性。
1.一种锂离子电池负极用添加剂材料,其特征在于,包括内核和包覆层,所述内核为由li3alf6和alpo4构建的异质同构体,所述包覆层为li3po4。
2.根据权利要求1所述的添加剂材料,其特征在于,所述由li3alf6和alpo4构建的异质同构体的制备方法包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的添加剂材料,其特征在于,所述li3alf6和alpo4的摩尔比为1:(2~3);
4.根据权利要求1所述的添加剂材料,其特征在于,所述由li3alf6和alpo4构建的异质同构体的粒径为100±20nm,所述包覆层的厚度为5~10nm。
5.一种如权利要求1~4任意一项所述的锂离子电池负极用添加剂材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述分散剂选自聚乙二醇、聚丙烯酰胺、甲基戊醇和三乙基己基磷酸中的一种。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤b)中,所述锂化合物选自lioh、li2co3、ch3cooli中的一种或多种;
8.一种负极材料,其特征在于,包括负极活性材料,以及包覆于所述负极活性材料表面的添加剂材料,所述添加剂材料选自权利要求1~4任意一项所述的锂离子电池负极用添加剂材料。
9.根据权利要求8所述的负极材料,其特征在于,所述负极活性材料选自石墨、硅碳材料、硅氧材料中的一种或多种;
10.一种如权利要求8或9所述的负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
11.一种锂离子电池,其特征在于,包括权利要求8或9所述的负极材料。
