[發明專利]一種鋰離子電池用低電位鋰釩基化合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201310491334.9
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103500821A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 趙金保;崔王君;張鵬
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，尤其是涉及一種鋰離子電池用低電位鋰釩基化合物及其制備方法。

背景技術

能源問題與環境問題是本世紀初人類面臨的亟待解決的重要課題，是關系到人類可持續發展的關鍵課題。隨著人類工業文明的持續高速發展，必然引起化石能源的短缺。據統計，近百年世界人口人均能源及天然資源消耗量已經增加了5倍以上。因此，發展無污染、可再生的清潔能源已成為緊迫的課題，也成為未來國家核心競爭力及經濟安全的保證。發展以鋰離子二次電池等為代表的高效清潔能源是目前解決能源與環境問題的主要技術途徑之一。近10年來，鋰離子二次電池憑借其能量密度高、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應和綠色環保等突出優勢，發展迅猛，占據了小型二次電池的主要市場份額，并逐步向新能源交通工具及儲能等領域拓展,已成為高效清潔能源中最具競爭力的電池體系。以新能源汽車為例，近年來，世界各國政府及全球各大汽車廠商高度重視新能源汽車的發展，并推出了一系列的優惠政策及各類新型電動汽車，刺激整個電動汽車產業鏈的快速發展。然而電動車對儲能系統要求更高，尤其是體積比能量、安全性能等方面。為此，開發高體積比容量的高安全性電極材料，成為近年來研究開發的熱點和重點。

鋰離子電池負極材料是提高鋰離子二次電池能量及循環壽命的重要因素。目前，商用的鋰離子電池主要采用石墨及改型石墨（碳素材料）作為負極材料，其鋰化機理屬于典型的嵌入機理。然而石墨的理論容量偏低，其利用率已經達到了它的極限（372mAh/g），并且由于碳素材料的密度較低（2.25g/cm³），其體積比容量只有840mAh/cm³，難以滿足高體積密度場合的應用。此外，傳統石墨負極材料的嵌鋰電位較低，接近鋰金屬析出電位，大電流放電條件下容易形成鋰枝晶，存在較大的安全隱患，科學家一直在尋找可替代碳素材料的負極材料，非碳負極的開發也是世界各大電池廠商必爭之地。

2008年，中國專利CN101188291A公開的一種鋰釩氧類負極材料與文獻（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。低電位嵌入型鋰釩氧化物Li_1+xV_1-xO₂（LVO）是一類新型負極材料。與目前研究較多的嵌入式負極材料Li₄Ti₅O₁₂相比（鋰化電位約1.5V），其具有安全且較低的鋰化電位（約0.1V）；并且由于其密度大約為石墨材料的2倍，與鈦酸鋰材料相當，因此Li_1+xV_1-xO₂不僅體積比容量達到了1360mAh/cm3，利用其組成的鋰電池工作電壓也遠高于鈦酸鋰電池。然而該材料循環性能不佳，為解決此問題，中國專利CN101226996A和CN101222043A分別公開了基于此材料的電池組裝技術，表明該材料具有大規模應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池用低電位鋰釩基化合物及其制備方法。

所述鋰離子電池用低電位鋰釩基化合物具有復合結構，主體為釩基層狀氧化物，其余部分為釩基化合物。

所述復合結構可為核殼結構或嵌入交聯結構。所述核殼結構的內層為釩基層狀氧化物，核殼結構的外層為釩基化合物；所述嵌入交聯結構是指在主體釩基層狀氧化物中，均勻分布有非主體釩基化合物成分。由于非主體釩基化合物的存在，改變了復合材料的電化學反應路徑，從根本上改變了主體材料的電化學性能。