[发明专利]一种锂离子电池负极材料、非水电解质锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极材料，锂离子电池负极材料的化合物通式为M_xTi_2+xy‑5xNb_10+x(4‑y)O₂₉；其中，M表示金属离子，x表示该化合物中M的原子量，y表示金属离子的价态，且0<x≤10，0<y≤5，2+xy‑5x≥0，10+x(4‑y)≥0。本发明还提供一种非水电解质锂离子电池以及一种非水电解质锂离子电池的制备方法。本发明的锂离子电池负极材料理论比容量高，安全性能高，具有可逆比容量高、库仑效率高和循环性能优异等优点。

【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、非水电解质锂离子电池及其制备方法。

【背景技术】

由于具有高功率密度、高能量密度等优点，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，技术人员对“零应变”Li₄Ti₅O₁₂材料进行了广泛的研究，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。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料理论比容量高，安全性能高，具有可逆比容量高、库仑效率高和循环性能优异等优点。

本发明的目的之二在于提供一种非水电解质锂离子电池，该锂离子电池能解决液态电解液不稳定、锂枝晶问题严重等锂离子电池充电过程中使用传统的液态电解液和石墨负极材料所面临的诸多问题。

本发明的目的之三在于提供一种非水电解质锂离子电池的制备方法，该制备方法工艺简单、操作方便、生产成本低，易于大规模工业化生产。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种锂离子电池负极材料，锂离子电池负极材料的化合物通式为M_xTi_2+xy-5xNb_10+x(4-y)O₂₉；其中，M表示金属离子，x表示该化合物中M的原子量，y表示金属离子的价态，且0<x≤10，0<y≤5，2+xy-5x≥0，10+x(4-y)≥0。

进一步地，M为Mg、Zn、Cu、Fe、Ga、Al、Ni、Mn、Co、Cr、Ca、Ge、Zr、Ti、Sr、Sn、Pb、V、Ta、Bi、Ba、Ni、Nb、Hg、Mo和W中的一种或任意组合；且当M为Fe、Nb、Mg或Ga时，2+xy-5x≠0。

进一步地，所述锂离子电池负极材料为单一纯相结构，其晶体结构为剪切ReO₃结构。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：