专利名称：一种锂离子电池负极材料的制作方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池负极材料。
背景技术：
自上世纪九十年代，Sony公司使用片层石墨代替安全性极差的金属Li，制备成功第一种可充的锂离子二次电池以来，锂离子电池因其高比能量，无污染，应用范围广得到了飞速发展，已从移动通讯电源、笔记本电脑、摄像机等扩大到电动工具、电动汽车等领域。目前，Li4Ti5O12作为嵌锂材料，在电化学过程中具有高锂离子扩散速率，零体积变化率等优点，成为锂离子电池和超级电容器的负极材料，其理论容量为175mAh/g，实际循环容量为150 160mAh/g。反应有着十分平坦的充一放电平台，平均电压平台为1. 5V左右， 超过反应全过程的90%。由于是零应变电极材料，在锂离子嵌入和脱嵌的过程中，其晶型不发生明显改变，只有很小的收缩和膨胀，晶体结构在锂离子嵌入和脱出过程中非常稳定，因此其电化学循环性能非常好。相对于石墨等碳负极，安全性和可靠性也得以大大改善。然而，Li4Ti5O12M料的电化学容量较小，仅为HSmAhg—1，其电化学容量和能量密度均远远小于传统的碳材料，电化学脱嵌锂平台均在1. 5V左右，并且在电化学反应中会大量产生气体， 影响电池的装配。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种工艺简单、导电性能好、循环稳定性好、安全性高的一种锂离子电池负极材料。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是
一种锂离子电池负极材料，其特点是所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物，所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta。本发明还可以采用如下技术方案
所述VB副族元素氧化物为Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化学计量比NbOx中的一种。所述碳为碳的前驱体和碳材料。所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维。碳的前驱体包括浙青或糖类。所述浙青为煤浙青。所述糖类为单糖、双糖或多糖中的一种。所述碳包覆VB副族元素氧化物的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2—8 1—2 :1一2。本发明具有的优点和积极效果是
1、本发明采用共同球磨的碳材料包覆铌Nb或钽Ta氧化物，铌或钽氧化物作为储锂活性物质，其脱嵌锂电位较高，在电池反应中，不涉及锂的溶解和析出，不仅提高了材料导电性能，还具有较高的安全性能。
2、本发明还具有电极材料的电化学可逆容量高的特点，有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。
图1是本发明实施例1样品电极循环性能曲线和充放电曲线图； 图2是Nb2O5的电化学循环性能。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 1-2详细说明如下
本发明的制备过程包括 (1)称取原材料
按质量比VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2 — 8 1—2 1—2称取VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驱体；所述的VB副族元素氧化物为Nb205、Nb02、Nb203、Ta205或非化学计量比NbOx中的一种；所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维；所述碳的前驱体包括浙青或糖类；
⑵制备混合物浆料
在球磨罐中，按照溶剂/原材料的总和=2-20ml/g的比例，将步骤⑴中称取的VB副族元素氧化物、碳材料和碳的前驱体溶于溶剂中，进行共同的液相搅拌球磨1-100小时，形成混合物浆料；所述的溶剂为水、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯、己烷、环己烷中的一种或几种；
(3)制备负极材料前驱体
将步骤⑵中混合物浆料置入干燥箱中进行70-120°C、2-10小时加热抽离溶剂，得到负极材料前驱体；
(4)制备锂离子电池负极材料
将步骤⑶中制备的负极材料前驱体置于惰性气氛下的高温炉中，以速度1-10°C /min 升温到500-1200°C，高温烧结3-Mh，关闭电源，自然冷却后，得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料；所述的惰性气氛为氮气、氩气、任意比例的氮气或氩气与氢气的混合气体中的一种。实施例1
将IOg Nb2O5，2. 5g人造石墨，2. 5g煤浙青置于有50ml乙醇溶剂的球磨罐中进行共同的液相搅拌球磨30小时，形成混合物浆料；将混合物浆料置入干燥箱中进行80°C、4小时加热抽离溶剂，得到负极材料前驱体；将所得负极材料前驱体置于高温炉中，氩气气氛下以 5°C /min升温到700°C，高温烧结5h，关闭电源，自然冷却后，得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料，经性能测试，电极循环性能曲线和充放电曲线图如图1 所示。实施例2
将12g Nb2O5，1. 5煤浙青，1. 5g天然石墨置于有50ml乙醇溶剂的球磨罐中进行共同的液相搅拌球磨30小时，形成混合物浆料；将混合物浆料置入干燥箱中进行80°C、4小时加热抽离溶剂，得到负极材料前驱体；将所得负极材料前驱体置于高温炉中，氮气气氛下5°C /min升温到700°C，高温烧结证，关闭电源，自然冷却后，得到作为锂离子电池负极材料的碳包覆VB副族元素氧化物材料。比较例1
使用TiO2和Li2CO3在高温(850 IOOO0C )下进行合成Li4Ti5O12,时间为24h。为了补偿在高温下Li2CO3的挥发，通常使Li2CO3过量约8%。比较例2
将Nb2O5材料直接制备电极材料，进行测试，Nb2O5的电化学循环性能如图2所示。表1列出了不同实施例和比较例的负极材料性能比较。表1不同实施例和比较例中负极材料容量的比较
权利要求
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物，所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述VB副族元素氧化物为Nb205、NbO2, Nb203、Ta2O5或非化学计量比NbOx中的一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述碳为碳的前驱体和碳材料。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述碳材料包括人造石墨、天然石墨或碳纤维。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料，其特征在于碳的前驱体包括浙青或糖类。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述浙青为煤浙青。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述糖类为单糖、双糖或多糖中的一种。
8.根据权利要求1、2或3所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述碳包覆VB副族元素氧化物的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2 — 8 1-2 :1一2。
全文摘要
本发明涉及一种锂离子电池负极材料，其特点是所述材料为共同球磨的碳包覆VB副族元素氧化物，所述VB副族元素包括铌Nb或钽Ta；所述碳为碳的前驱体和碳材料；所述VB副族元素氧化物、碳材料、碳的前驱体的质量比为VB副族元素氧化物碳材料碳的前驱体=2—81—21—2。本发明采用选择铌Nb或钽Ta氧化物和碳材料共同球磨，提高了材料导电性能、安全性能，还具有电极材料的电化学可逆容量高的特点，有望成为新一代高容量锂离子电池负极材料。
文档编号H01M4/131GK102324510SQ201110281969
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者任丽彬, 刘兴江, 卢志威, 孙文彬, 彭庆文 申请人:中国电子科技集团公司第十八研究所