[發(fā)明專利]斜方錳礦石材料及其制備方法、負極和鋰電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210383020.2
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN103730647A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡勇勝;余覺知;王躍生;穆林沁;李泓;陳立泉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種斜方錳礦石材料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

鋰離子電池目前已經(jīng)廣泛用于各種便攜式設(shè)備，并已小批量用于電動車和儲能電池組等，這些應(yīng)用也同時對鋰離子電池的各項性能的要求越來越高，比如高能量密度、高功率密度、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等。

目前市售電池中用的正極材料主要為LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄等，負極材料主要為石墨類碳材料。近年來，尖晶石Li₄Ti₅O₁₂作為負極材料，以其安全的電壓范圍、良好的循環(huán)性能引起了人們極大的興趣。

然而，Li₄Ti₅O₁₂也存在著難以克服的缺點：一方面，以Li₄Ti₅O₁₂為負極的鋰離子電池在使用和貯存過程中由于表面催化反應(yīng)，有持續(xù)脹氣問題，帶來一定安全隱患；另一方面，作為負極材料Li₄Ti₅O₁₂中的Li完全沒有得到利用，隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用必將帶來鋰資源的匱乏，隨之而來的是原材料Li₂CO₃價格上漲，若不能有效利用材料中的Li必然造成鋰資源的浪費以及材料合成成本的上升。

由于Li₄Ti₅O₁₂難以克服的持續(xù)我脹氣問題，我們有必要研發(fā)其他材料來代替Li₄Ti₅O₁₂。而且為了有效的利用鋰資源，降低材料合成成本我們必須最大限度的減少所研發(fā)的負極材料中的鋰離子含量，或是用其他資源豐富的元素代替鋰，如Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺離子的取代。

目前，并沒有一種既具有Li₄Ti₅O₁₂一樣良好循環(huán)性能以及安全電壓范圍，而鋰含量又極低的負極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了尋求一種鋰含量低，而又具有像Li₄Ti₅O₁₂一樣良好循環(huán)性以及安全電壓范圍的鋰離子電池負極材料。

本發(fā)明提供一種斜方錳礦石材料，以及該材料通過與碳材料復(fù)合得到的復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供上述材料的制備方法和用途以及采用上述材料制備的負極和鋰電池。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種斜方錳礦石材料，材料具有以下通式：

LiV_xL_(1-x)Ti_yM_(1-y)O₄，

其中，L選自Al、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Nb、La和Ce中的一種；

M選自Mg、Al、Si、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Sn、La和Ce中的一種；

L與M不同時存在；

x、y為摩爾百分比，且0﹤x≤1，0﹤y≤1,x+y=2。

優(yōu)選地，所述LiV_xL_(1-x)Ti_yM_(1-y)O₄表面形成碳層，從而形成碳化復(fù)合材料。

上述復(fù)合材料中，所述含有碳的重量百分含量為0.1%-20%，優(yōu)選為3%-10%。

本發(fā)明還提供了上述斜方錳礦石材料的制備方法，包括如下步驟：

（2）將V₂O₃、TiO₂、Li₂CO₃、L₂O₃、MO₂按LiV_xL_(1-x)Ti_yM_(1-y)O₄中所含

元素的摩爾比混合均勻；

其中，L選自Al、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Nb、La和Ce中的一種；