[发明专利]锂离子电池负极材料、其制备方法及全固态电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池负极材料、其制备方法及全固态电池。本发明中，该锂离子电池负极材料为铌/钛复合氧化物，所述铌/钛复合氧化物的通式为Ti_xNb_yO_3y‑x，其中，0<x<5，1≤y≤15，3y‑x＞0。该铌/钛复合氧化物通过以下步骤制得：将铌前驱体有机溶液、酸性溶液和表面活性剂混合，得到反应液；以钛前驱体中所含的Ti与铌前驱体中所含Nb的摩尔比计，将钛前驱体按Ti:Nb＝x:y的摩尔比与所述反应液混合，反应2～6小时后经干燥得到固化物；将所述固化物置于600～1000℃温度下高温处理2～4h，得到铌/钛复合氧化物。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及全固态电池。

背景技术

作为高效电能储存与转换的绿色装置，锂离子电池被认为是小型载运工具真正实现零排放的理想动力电源。尤其随着新能源汽车的普及，锂离子动力电池的研发成为新能源快速发展的关键。动力电池的能量密度决定了汽车的行驶里程，而电池的充电速率决定了新能源汽车使用的便捷性。

目前商业化的锂离子电池多使用石墨作为负极材料，液态有机溶液作为电解液。虽然石墨的充放电电压较低，综合电化学性能较好，但是发明人发现现有技术中至少存在如下问题：(1)由于锂离子在石墨中的迁移速率低，扩散系数小，且快充大电流带来的高过电位将会导致石墨负极的电位更负，石墨负极迅速接纳锂的压力变得更大，极易导致锂枝晶在石墨表面沉积，而锂枝晶容易刺破隔离正负电极的隔膜材料，造成电池微短路或局部过热等安全隐患；(2)同时在大电流充电的条件下，锂离子电池体系将加剧热量的产生，增加液态有机电解液的不稳定性，电解液更易分解，锂离子电池的循环稳定性因此变差。以上问题也是目前锂离子电池在动力电池领域应用遇到的瓶颈之一。

随着纳米材料与纳米制备技术的发展，许多本不具备电化学活性的材料由于尺度的减小而具备了新的性能。在新型负极材料研究领域，纳米级的金属氧化物逐渐成为锂离子电池负极材料的一个重要分支。例如，以TiO₂为基发展起来的新一代纳米级锂离子电池氧化物负极材料，由于其特殊的微观结构，在嵌脱锂过程中能真正实现“零体积效应”(S.Y.Huang,L.Kavan,I.exnar,et al.J.Electrochem.Soc.,1995,142,L142-L144)，因而具有非常优异的循环稳定性。但二氧化钛单独作为锂离子电池负极材料时，其电子及锂离子导电率较低，因而不得不通过降低材料的维度与尺度才能满足高倍率放电条件，但降低维度与尺度的直接后果是材料的体积能量密度的大幅度降低。

因此，寻找安全的新型电极材料是锂离子电池研究的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料、其制备方法及全固态电池。该锂离子电池负极材料具有良好的快速充电性能，能够在快充充电的过程中避免锂枝晶的形成，同时也能在循环过程中抑制固体电解质膜的形成。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料为铌/钛复合氧化物，所述铌/钛复合氧化物的通式为Ti_xNb_yO_3y-x，其中，0&lt;x&lt;5，1≤y≤15，3y-x＞0。