[發明專利]鋰離子電池負極材料以及鋰離子電池負極

在審

• 申請號: 201611072844.2
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN108117096A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 楊立;章正熙;黃俊;田青華;古賀英行
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;上海交通大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C01G29/00;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 尹洪波

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料，其符合分子式：M_xN_yTi_zO_(x+3y+4z)/2，其中：0≤x≤8，1≤y≤8，1≤z≤8；M為堿金屬，選自Li、Na和K；且N為選自P、Sb、Bi的第V_A主族元素，或選自Nd、Pm、Sm、Eu、Yb、La的稀土金屬。相對于脫嵌鋰電位在0.8?1.2V的鈦基負極材料，本發明材料能提供更好的電位平臺，且提供更加優異的循環性能和倍率性。

技術領域

本發明涉及一種新型鋰離子電池負極材料以及含有該負極材料的鋰離子電池負極，尤其涉及一種脫嵌鋰電位在0.8-1.2V vs.Li⁺/Li的負極材料。

背景技術

目前，商業化的鋰離子電池多采用石墨作為負極材料，其充放電平臺電位低(0.1Vvs.Li⁺/Li)，耐過充能力較弱，容易導致電解液還原分解的副反應發生；另外，初期充電時形成的固體電解質界面膜(SEI)的長期穩定性不能保證，高溫工作時還易發生分解，使電池存在膨脹、燃燒等安全隱患，同時容易產生鋰枝晶，這些問題都嚴重威脅鋰離子電池的安全性。鈦酸鹽，比如Li₄Ti₅O₁₂，其脫嵌鋰電位在～1.55V Li⁺/Li，不會形成SEI膜以及鋰枝晶，因而電池的安全性顯著提高，但其代價是降低了全電池電壓。

由于脫嵌鋰電位在0.8-1.2V的負極材料其充放電電位足夠高，在避免產生鋰枝晶的同時又不會顯著降低全電池電壓，因此引起了廣泛的關注。具有0.8-1.2V脫嵌鋰電位的鈦基負極材料目前報道的并不多，但都存在一定的問題，比如已有報道的鈦基材料MLi₂Ti₆O₁₄(M＝Ba,Sr,Pb,2Na,2K)等(J.Electroanal.Chem.,717,10-16,2014.J.PowerSources,293,33-41,2015.Electrochim.Acta,173,595-606,2015.J.Power Sources,296,276-281,2015.Inorg.Chem.2010,49,2822–2826)。與Li₄Ti₅O₁₂相比，Na₂Li₂Ti₆O₁₄具有較低的充放電平臺電位(1.25V左右)，但其電位平臺較短，且材料電子電導率和鋰離子擴散系數較低，導致倍率性能較差。另外已有報道的Li(V_0.5Ti_0.5)S₂(Nat.Commun.,7,1761-1767,2016)材料制備方法復雜，需要真空高壓等苛刻的條件，且其循環性能較差。

發明內容

為了避免商業化鋰離子電池石墨負極潛在的鋰枝晶等安全問題，以及已有的脫嵌鋰電位在0.8-1.2V vs.Li⁺/Li的負極材料的缺點，研究開發了一類新型的脫嵌鋰電位在0.8-1.2V vs.Li⁺/Li的負極材料。

本發明的鋰離子電池負極材料，其符合分子式：M_xN_yTi_zO_(x+3y+4z)/2，其中：

0≤x≤8，1≤y≤8，1≤z≤8；

M為堿金屬，選自Li、Na和K；且

N為選自P、Sb、Bi的第V_A主族元素，或選自Nd、Pm、Sm、Eu、Yb、La的稀土金屬。

本發明優選的鋰離子電池負極材料，其中，0≤x≤5，1≤y≤5，1≤z≤5。

本發明優選的鋰離子電池負極材料，其中M為Li或Na，且N為Bi或Eu。