[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，涉及电池材料技术领域。一种锂离子电池负极材料，其为过渡金属复合氧化物材料，分子式为Li₃Mn_xV_1‑xO₄，其中，0x0.14。该负极材料通过溶胶‑凝胶法再经过煅烧过程制备得到。该负极材料原料来源广泛，成本低。制备方法简单，原子利用率高，合成出的材料均匀细小，无严重团聚，元素分布均匀，用作负极材料时显示出更好的电化学性能。与传统的石墨负极材料相比，该材料具有更高的比容量和大倍率下的充放电性能。

技术领域

本发明涉及一种电池材料领域，且特别涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，作为主要能源的煤、石油和天然气等化石燃料日益枯竭，环境污染不断加剧，开发新能源和可再生清洁能源已成为当务之急。而在众多新能源技术中，储能成为最为关键的环节。动力锂离子电池虽然不是一种产生能源的体系，却因为其清洁、安全和便利等优势在国民经济和日常生活中发挥着越来越重要的作用。

锂离子电池作为具有代表性的二次电池，是指以锂离子嵌入化合物为正、负极材料的电池的总称。其工作原理是在电池充电过程中，锂离子在正负极材料之间往返嵌入-脱出，被形象地称为“摇椅式电池”。在锂离子电池中，负极作为最核心的部分之一，已受到广泛的关注。目前，对锂离子电池负极材料主要集中在商业化的石墨和Li₄Ti₅O₁₂负极材料上。但商业化的石墨和钛酸锂负极材料均存在着一些问题，限制了锂离子电池的应用和发展。采用石墨作为锂离子电池负极材料时，石墨的表面易生长锂枝晶，存在安全隐患，而且石墨材料的倍率性能非常差，无法满足快速充电的需求。Li₄Ti₅O₁₂材料的平台电位高达1.5V，理论容量只有175 mAh•g^-1，能量密度非常低，难以满足当前锂离子电池行业对电池能量密度的要求。

因此，寻找另外一种更安全、能量密度更高的负极材料势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料，此负极材料具有更高的比容量和良好的倍率性能，电化学性能优异。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，工艺简单，易于操作，条件可控且易于调控。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种锂离子电池负极材料，其为过渡金属复合氧化物材料，分子式为Li₃Mn_xV_1-xO₄，其中，0x0.14。

本发明提出一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

按照锂原子、钒原子和锰原子的摩尔比为3:1-x:x，将锂盐、钒氧化物和锰盐溶解于水中得到金属离子混合溶液；

往金属离子混合溶液中加入有机酸溶液，混合后，在70~95℃条件下搅拌形成凝胶，将凝胶干燥得到固体粉末；

将固体粉末在330~420℃条件下预煅烧4~6h后，进行研磨，然后在480~620℃条件下煅烧10~14h。

本发明实施例的锂离子电池负极材料及其制备方法的有益效果是：

本发明采用一种新型的过渡金属复合氧化物材料，即钒锰酸锂材料作为锂离子电池负极材料，与传统的石墨负极材料以及钛酸锂材料相比，具有更高的比容量和良好的倍率性能。V和Mn的使用，并采用特定比例的V、Mn用量，能够极大增加材料的导电性，提高材料的理论容量，特别是，能够显著提高负极材料在较大电流密度下的容量，改善负极材料在大电流密度下的电化学性能。