[发明专利]一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物及其制备方法。

背景技术

能源问题与环境问题是本世纪初人类面临的亟待解决的重要课题，是关系到人类可持续发展的关键课题。随着人类工业文明的持续高速发展，必然引起化石能源的短缺。据统计，近百年世界人口人均能源及天然资源消耗量已经增加了5倍以上。因此，发展无污染、可再生的清洁能源已成为紧迫的课题，也成为未来国家核心竞争力及经济安全的保证。发展以锂离子二次电池等为代表的高效清洁能源是目前解决能源与环境问题的主要技术途径之一。近10年来，锂离子二次电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，发展迅猛，占据了小型二次电池的主要市场份额，并逐步向新能源交通工具及储能等领域拓展,已成为高效清洁能源中最具竞争力的电池体系。以新能源汽车为例，近年来，世界各国政府及全球各大汽车厂商高度重视新能源汽车的发展，并推出了一系列的优惠政策及各类新型电动汽车，刺激整个电动汽车产业链的快速发展。然而电动车对储能系统要求更高，尤其是体积比能量、安全性能等方面。为此，开发高体积比容量的高安全性电极材料，成为近年来研究开发的热点和重点。

锂离子电池负极材料是提高锂离子二次电池能量及循环寿命的重要因素。目前，商用的锂离子电池主要采用石墨及改型石墨（碳素材料）作为负极材料，其锂化机理属于典型的嵌入机理。然而石墨的理论容量偏低，其利用率已经达到了它的极限（372mAh/g），并且由于碳素材料的密度较低（2.25g/cm³），其体积比容量只有840mAh/cm³，难以满足高体积密度场合的应用。此外，传统石墨负极材料的嵌锂电位较低，接近锂金属析出电位，大电流放电条件下容易形成锂枝晶，存在较大的安全隐患，科学家一直在寻找可替代碳素材料的负极材料，非碳负极的开发也是世界各大电池厂商必争之地。

2008年，中国专利CN101188291A公开的一种锂钒氧类负极材料与文献（N.S.Choi,J.S.Kim,R.Z.Yin,S.S.Kim,Electrochemical properties of lithium vanadium oxide as an anode material for lithium-ion battery,Mater.Chem.Phys.2009,116,603.）所述相同。低电位嵌入型锂钒氧化物Li_1+xV_1-xO₂（LVO）是一类新型负极材料。与目前研究较多的嵌入式负极材料Li₄Ti₅O₁₂相比（锂化电位约1.5V），其具有安全且较低的锂化电位（约0.1V）；并且由于其密度大约为石墨材料的2倍，与钛酸锂材料相当，因此Li_1+xV_1-xO₂不仅体积比容量达到了1360mAh/cm3，利用其组成的锂电池工作电压也远高于钛酸锂电池。然而该材料循环性能不佳，为解决此问题，中国专利CN101226996A和CN101222043A分别公开了基于此材料的电池组装技术，表明该材料具有大规模应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物及其制备方法。

所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物具有复合结构，主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。

所述复合结构可为核壳结构或嵌入交联结构。所述核壳结构的内层为钒基层状氧化物，核壳结构的外层为钒基化合物；所述嵌入交联结构是指在主体钒基层状氧化物中，均匀分布有非主体钒基化合物成分。由于非主体钒基化合物的存在，改变了复合材料的电化学反应路径，从根本上改变了主体材料的电化学性能。