[發明專利]鋰離子電池用復合負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極片和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201410541098.1
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104282883B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 徐宇興;高曉勇
• 申請（專利權）人: 秦皇島中科遠達電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.鋰離子電池用復合負極材料，其特征在于，所述復合負極材料為內部具有空隙結構的摻雜鈦酸鋰/碳復合微球；所述復合微球由摻雜碳和鎳、鉻、鈰中至少一種金屬元素的鈦酸鋰基體材料以及表面的碳包覆層兩部分組成。?

2.如權利要求1所述的鋰離子電池用復合負極材料，其特征在于，所述的摻雜金屬元素的摩爾百分含量為鈦酸鋰的0.1～5％。?

3.如權利要求1所述的鋰離子電池用復合負極材料，其特征在于，所述的碳包覆層為可溶性含碳有機粘合劑、含氮碳材料與溶劑經碳化后的產物，其中，碳包覆層的質量百分含量為鈦酸鋰總質量的0.1～15％，含氮碳材料的質量百分含量為碳包覆層總質量的0.5～5％。?

4.鋰離子電池用復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：?

(1)將適量鎳、鈰和鉻中至少一種的乙酸鹽或草酸鹽、鋰源和鈦源按照一定的元素配比稱量后進行球磨或三維混合，干燥后過200目篩；?

(2)將步驟(1)中過篩后的產物在550～850℃的惰性氣氛中煅燒3～12h，自然降溫后粉碎篩分，獲得摻雜碳和鎳、鉻、鈰中至少一種金屬元素的鈦酸鋰基體材料；?

(3)將步驟(2)中的鈦酸鋰基體材料、可溶性含碳有機粘合劑、含氮碳材料與溶劑均勻混合得到漿料，將漿料經噴霧干燥、碳化后得到鋰離子電池用復合負極材料。?

5.根據權利要求3所述的復合負極材料，其特征在于，所述的含氮碳材料是將收集來的廢棄的香煙過濾嘴在氨氣氣氛中以2～8℃/分鐘的升溫速率于800～950℃之間進行氮化處理1.5～3h后獲得的具有亞孔和微孔結構的含氮碳材料。?

6.根據權利要求4中所述的復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的鋰源為氫氧化鋰和乙酸鋰中的至少一種，所述的鈦源為無定型超細偏鈦酸和二氧化鈦的混合物，其中，0＜(無定型超細偏鈦酸與二氧化鈦的摩爾比)≦1。?

7.根據權利要求4中所述的復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的球磨包括行星式球磨、藍式球磨或者高能球磨中的任意一種，球磨時間為1～15h，進一步優選為2～10h，更為優選為3～8h；?

優選地，所用的球磨介質是氧化鋯球，溶劑為去離子水，或者去離子水與無水乙醇、聚乙烯醇、乙二醇、正丁醇、異丁醇、丙酮、環己烷中至少一種的混合物。?

進一步地，所述三維混合采用三維混合機，混合時間為1～25h，進一步優選為2～20h，更為優選為3～15h。?

8.根據權利要求4中所述的復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的惰性氣氛為高純氬氣和高純氮氣中的至少一種，所述的煅燒過程中升溫速率為1～10℃/分鐘。?

9.根據權利要求4中所述的復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的?可溶性含碳有機粘合劑選自葡萄糖、單晶冰糖、蔗糖、淀粉、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯腈、酚醛樹脂、乙烯基吡咯烷酮、環氧樹脂、聚糖醇、殼聚糖、呋喃樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯中的任意一種或者至少兩種的組合；?

優選地，步驟(3)中所述溶劑為去離子水、無水乙醇、丙酮、笨、甲苯、二甲基甲酰胺中的任意一種或至少兩種的組合，進一步優選為去離子水、無水乙醇和丙酮中的任意一種或至少兩種的組合；?

優選地，步驟(3)中所述碳化處理的溫度優選為500～900℃，時間為0.5～20h；?

優選地，步驟(3)中所述碳化在保護性氣氛中進行，所述的保護性氣氛優選為氮氣、氬氣中任意一種或至少兩種的組合。?

10.鋰離子電池負極片，其特征在于，所述鋰離子電池負極片由集流體和涂布在集流體上的鋰離子電池用復合負極材料、導電劑、粘結劑等物質組成，所述鋰離子電池用復合負極材料如權利要求1～9中任一權利要求所述的復合負極材料；?

優選地，所述導電劑中包含如權利要求3～5中任一權利要求所述的含氮碳材料，而且上述含氮碳材料在導電劑中的質量分數為0.1～5％。?

11.鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包含權利要求10中所述的鋰離子電池負極片。?