[发明专利]斜方锰矿石材料及其制备方法、负极和锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种斜方锰矿石材料及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池目前已经广泛用于各种便携式设备，并已小批量用于电动车和储能电池组等，这些应用也同时对锂离子电池的各项性能的要求越来越高，比如高能量密度、高功率密度、倍率性能、循环稳定性、安全性等。

目前市售电池中用的正极材料主要为LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄等，负极材料主要为石墨类碳材料。近年来，尖晶石Li₄Ti₅O₁₂作为负极材料，以其安全的电压范围、良好的循环性能引起了人们极大的兴趣。

然而，Li₄Ti₅O₁₂也存在着难以克服的缺点：一方面，以Li₄Ti₅O₁₂为负极的锂离子电池在使用和贮存过程中由于表面催化反应，有持续胀气问题，带来一定安全隐患；另一方面，作为负极材料Li₄Ti₅O₁₂中的Li完全没有得到利用，随着锂离子电池的广泛应用必将带来锂资源的匮乏，随之而来的是原材料Li₂CO₃价格上涨，若不能有效利用材料中的Li必然造成锂资源的浪费以及材料合成成本的上升。

由于Li₄Ti₅O₁₂难以克服的持续我胀气问题，我们有必要研发其他材料来代替Li₄Ti₅O₁₂。而且为了有效的利用锂资源，降低材料合成成本我们必须最大限度的减少所研发的负极材料中的锂离子含量，或是用其他资源丰富的元素代替锂，如Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺离子的取代。

目前，并没有一种既具有Li₄Ti₅O₁₂一样良好循环性能以及安全电压范围，而锂含量又极低的负极材料。

发明内容

本发明的目的是：为了寻求一种锂含量低，而又具有像Li₄Ti₅O₁₂一样良好循环性以及安全电压范围的锂离子电池负极材料。

本发明提供一种斜方锰矿石材料，以及该材料通过与碳材料复合得到的复合材料。

本发明还提供上述材料的制备方法和用途以及采用上述材料制备的负极和锂电池。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种斜方锰矿石材料，材料具有以下通式：

LiV_xL_(1-x)Ti_yM_(1-y)O₄，

其中，L选自Al、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Nb、La和Ce中的一种；

M选自Mg、Al、Si、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Sn、La和Ce中的一种；

L与M不同时存在；

x、y为摩尔百分比，且0﹤x≤1，0﹤y≤1,x+y=2。

优选地，所述LiV_xL_(1-x)Ti_yM_(1-y)O₄表面形成碳层，从而形成碳化复合材料。

上述复合材料中，所述含有碳的重量百分含量为0.1%-20%，优选为3%-10%。

本发明还提供了上述斜方锰矿石材料的制备方法，包括如下步骤：

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

元素的摩尔比混合均匀；

其中，L选自Al、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Nb、La和Ce中的一种；