[发明专利]锂离子电池负极材料及非水电解质电池

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及非水电解质电池。本发明中，所述锂离子电池负极材料的化学式通式为M_xNb_yO_z，其中，M表示正二价的非铌金属离子，且0<x≤3，1≤y≤34，3≤z≤87。上述锂离子电池负极材料M_xNb_yO_z可以采用固相法、静电纺丝法和模板法制得。所述M_xNb_yO_z负极材料具有良好的电化学性能，应用在非水电解质锂离子电池中，能避免锂枝晶问题。

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及非水电解质电池。

背景技术

由于具有高的功率密度，高的能量密度等优点，锂离子电池被公认为可以用作电动汽车的非常有前途的能源。尤其随着新能源汽车的普及，动力电池的研发成为新能源快速发展的关键。然而市场上还缺乏性能十分优异的动力电池，而电极材料是影响动力电池的关键因素。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。石墨具有高的理论容量(372mAh g^-1)，长的循环寿命，低的成本等优点，然而，它的工作电位很低，在大倍率充放电时存在电池短路的危险，存在使电池燃烧的安全隐患。此外石墨自身低的锂离子扩散系数会导致差的倍率性能，阻碍了石墨在高性能锂离子电池中的应用。例如锂离子在石墨中的迁移速率低，扩散系数小，快充大电流带来的高过电位会导致石墨负极电位更负，石墨负极迅速接纳锂的压力会变大，生成锂枝晶的倾向会变大，增大了电池的安全隐患。同时在大电流充电的条件下，体系产生的热量加剧，液态有机电解液不稳定性增加，更易分解，使锂离子电池的循环稳定性变差。因此，开发出具有优异的电化学性能和高的安全性能的负极材料是目前十分迫切的需求。

在众多有希望代替石墨的负极材料中，“零应变”Li₄Ti₅O₁₂材料被做了广泛的研究。该材料具有安全的工作电位，良好的循环性能，经过改性后满足安全、稳定、快速充放电的需求，但是其固有的低理论容量(只有175mAh g^-1)限制了它在高性能锂离子电池中的应用。

在这种状况下，M-Nb-O负极材料因为具有高的理论容量和安全的工作电位而受到瞩目。与Li₄Ti₅O₁₂材料相比，M-Nb-O材料同样具有安全的工作电位(Nb³⁺/Nb⁴⁺和Nb⁴⁺/Nb⁵⁺)，但由于Nb³⁺和Nb⁵⁺之间有两个电子的转移，因此M-Nb-O材料具有较高的理论容量。此外，M-Nb-O材料相比于Li₄Ti₅O₁₂具有更开放的空间结构，更有利于离子和电子的传导，因此M-Nb-O材料具有更好的电化学性能。然而，到目前为止仅有少量的M-Nb-O材料被用于非水电解质电池。因此，探索更多的具有良好的电化学性能的M-Nb-O负极材料对于高性能非水电解质电池的开发是十分有帮助的。

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、其制备方法及非水电解质电池。该锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能，避免锂枝晶问题。

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，其化学式通式为M_xNb_yO_z，其中，M表示正二价的非铌金属离子，且0<x≤3，1≤y≤34，3≤z≤87。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述M包括Zn、Cu、Mg、Ni、Mn、Co、Ca、Fe、Sr、Sn、Pb、Ba和Hg中的一种或几种。