[发明专利]负极材料及其制备方法、二次电池及用电设备

说明书

本申请提供了一种负极材料及其制备方法、二次电池及用电设备，该负极材料包括含有M元素的钛氧化物以及碳材料，M元素与钛氧化物中钛元素的摩尔比为(0.01～0.1)。在钛氧化物中含有M元素，可以使得钛氧化物的晶格膨胀，从而扩宽其中导电离子的传输通道，降低禁带宽度，将M元素与钛元素的摩尔比控制在(0.01～0.1)的范围，能够更好地发挥掺杂原子的优势，进一步加快导电离子的传输速度，从而更大程度地提高材料的导电性能，在确保提升钛氧化物电导率的同时，还可以避免钛氧化物不稳定以及避免M元素在循环过程中溶出。基于本申请的技术方案，能够提升二次电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法、二次电池及用电设备。

背景技术

随着人们生活水平的提高，现有锂离子电池的快充性能已经不能满足大家日常生活的需要。传统锂离子电池的负极材料通常为石墨，由于其嵌锂电位较低，在高充电倍率下易出现析锂现象，进而会导致一系列的安全问题。而基于钛基材料具有较高的嵌锂电位，以钛基材料为负极的锂离子电池越来越受到人们的关注。然而，以往研究较多的负极材料Li₄Ti₅O₁₂由于存在嵌锂比容量过低的问题，故而导致其发展严重受限。新型的钛基负极材料，如TiNb₂O₇(TNO)，由于具有较高的嵌锂电位(～1.6V)和较高的理论比容量(387.6mAh/g)，从而具有广阔的应用前景。但是，TNO材料也存在以下技术问题：电子电导率和离子电导率较低，在充放电过程中容易造成较大的极化，导致电池的倍率性能和循环性能差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种负极材料及其制备方法、二次电池及用电设备，以解决现有技术中钛基负极材料的电子电导率和离子电导率较低，在充放电过程中容易造成较大的极化，导致电池的倍率性能和循环性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种负极材料，该负极材料包括含有M元素的钛氧化物以及碳材料，M元素与钛氧化物钛元素的摩尔比为(0.01～0.1)。

进一步地，基于钛氧化物的质量，M元素的含量为500～5500ppm。

进一步地，负极材料的晶粒平均尺寸为25～40nm。

进一步地，基于负极材料的质量，碳材料的质量含量为0.2～20wt％。

进一步地，负极材料为颗粒状，负极材料的颗粒尺寸Dv50为1～5μm。

进一步地，负极材料的电阻率为0.11～0.36Ω×cm。

进一步地，负极材料的红外谱图中，在如下至少一个范围内具有吸收峰：500cm^-1～550cm^-1、700cm^-1～750cm^-1、820cm^-1～870cm^-1、900cm^-1～930cm^-1、970cm^-1～1010cm^-1、1090cm^-1～1120cm^-1、1060cm^-1～1160cm^-1。

根据本申请的另一个方面，提供了一种负极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤S1，将钛源和铌源在水中混合，并加入酸，形成溶液A；步骤S2，向溶液A中加入掺杂剂和碳源，形成凝胶B；步骤S3，将凝胶B进行焙烧，得到负极材料；其中，上述掺杂剂选自二价镍盐、二价钴盐、二价锰盐、二价镁盐或三价铝盐中的一种或多种。

根据本申请的另一方面，提供了一种二次电池，二次电池包括负极，负极包括上述负极材料，或者包括由上述负极材料制备方法制备得到的负极材料。