[发明专利]锂电池用负极活性材料、其制备方法及包括其的锂电池

权利要求书

1.用于可再充电锂电池的负极活性材料，包括由式1表示的化合物：

Li_1+xTi_1-x-yM_yO_2+z    (1)

其中，在上式1中，0.01≤x≤0.5，0≤y≤0.3，-0.2≤z≤0.2，和M是选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、W、Ag、Sn、Ge、Si、Al及其组合的元素。

2.权利要求1的负极活性材料，其中0.05≤x≤0.2，0≤y≤0.2，和-0.1≤z≤0.1。

3.权利要求1的负极活性材料，其中M选自V、Mo、Fe、Cr及其组合。

4.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料在锂嵌入前的c/a晶格常数比为2.5-7.0。

5.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料在锂嵌入后的c/a晶格常数比为0.3-3.0。

6.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料通过锂嵌入/脱嵌的晶格体积变化为30％或更小。

7.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料中Ti的平均氧化数为2-4。

8.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料具有相对于锂金属小于或等于1V的氧化还原电位。

9.权利要求1的负极活性材料，其中该负极活性材料具有0.3-3的I(003)/I(104)强度比，其中在X射线衍射峰中，I(003)为在(003)面的强度和I(104)为在(104)面的强度。

10.用于可再充电锂电池的负极活性材料的制备方法，包括：

将锂源材料、Ti源材料和M源材料混合以制备固相混合物；和

将该混合物在还原气氛或惰性气氛下进行热处理以制备式1的化合物，

Li_1+xTi_1-x-yM_yO_2+z    (1)

其中，在上式1中，0.01≤x≤0.5，0≤y≤0.3，-0.2≤z≤0.2，和M是选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、W、Ag、Sn、Ge、Si、Al及其组合的元素。

11.权利要求10的方法，其中该锂源材料为含锂水溶性化合物。

12.权利要求10的方法，其中该锂源材料选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、乙酸锂及其混合物。

13.权利要求10的方法，其中该Ti源材料包括选自Ti、含Ti氧化物、含Ti氢氧化物及其混合物的至少一种。

14.权利要求10的方法，其中该M源材料包括选自金属、包括该金属的氧化物、包括该金属的氢氧化物及其混合物的至少一种，所述金属选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、W、Ag、Sn、Ge、Si、Al及其组合。

15.权利要求10的方法，其中该还原气氛或惰性气氛为选自氢气氛、氮气氛、氩气氛、N₂/H₂混合气氛、CO/CO₂混合气氛、氦气氛、及其组合的至少一种。

16.权利要求10的方法，其中该热处理在500-1400℃下进行。

17.可再充电锂电池，包括：

包含能够嵌入和脱嵌锂离子的正极活性材料的正极；

包含式1的负极活性材料的负极：

Li_1+xTi_1-x-yM_yO_2+z    (1)

其中，在上式1中，0.01≤x≤0.5，0≤y≤0.3，-0.2≤z≤0.2，和M是选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、W、Ag、Sn、Ge、Si、Al及其组合的元素；和非水电解质。

18.权利要求17的可再充电锂电池，其中0.05≤x≤0.2，0≤y≤0.2，和-0.1≤z≤0.1。

19.权利要求17的可再充电锂电池，其中M选自V、Mo、Fe、Cr及其组合。