[發明專利]電池負極二氧化鈦中間相碳微球復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410800046.1
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105047860B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 湯占磊;李念民;張殿浩;喬永民;丁曉陽;李在峰
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/13;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 陳酩

本發明涉及一種鋰離子電池負極二氧化鈦/中間相碳微球復合材料的制備方法，其包括在瀝青球化過程中加入納米級二氧化鈦粉末及中間相碳微球中的一種或多種后經碳化制得。本發明還涉及通過上述方法制得的鋰離子電池負極二氧化鈦/中間相碳微球復合材料。本發明還涉及包括所述鋰離子電池負極二氧化鈦/中間相碳微球復合材料的電池。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，特別涉及電池負極二氧化鈦中間相碳微球復合材料及其制備方法。

本發明還涉及一種電池，其包括所述的鋰離子電池負極二氧化鈦/中間相碳微球復合材料。

背景技術

納米二氧化鈦氧化負極材料具有較高倍率性能、安全性能，但在充放電過程中較大的體積效應大大的削弱了其循環壽命，再者，納米二氧化鈦雖然具有優異的倍率性能但其比表面高首次效率低、加工性能差，中間相碳微球一直以來以其加工性能好、振實密度高而應用于鋰離子電池負極材料，但由于其電位低在大電流充放電下容易產生鋰晶枝刺穿隔膜而使電池短路內燃，造成安全隱患，如將二者有機的結合起來，利用中間相球的高振實、結構穩定性高的特性及納米二氧化鈦的大電流充放電能力，將納米二氧化鈦均勻的包覆在中間相碳微球內部，充分利用二者的協同效應，不失為一種合成高倍率、安全性高、長循環壽命鋰離子電池用負極材料的解決方案。一方面包覆在碳微球內的納米氧化物可以利用中間相的結構穩定性緩沖在充放電過程中造成的結構崩塌、體積膨脹效應，同時，包覆在中間相球內二氧化鈦納米顆粒避免了與電解液的直接接觸，減小了副反應的發生，進而減少充放電循環過程中帶來的不可逆容量損失，提高首次效率。

申請號為201110071827的專利公開了一種二氧化鈦/碳復合納米管的制備方法，制得的二氧化鈦/碳復合納米管循環穩定性好，倍率性能優異，但是比表面過高，能量密度低、加工性能差、不利于工業化電池極片工藝的制作。文獻Characteristicsofmesocarbonmicrobeadsgeneratedfromacoaltarpitchwithadditionofmicro-aluminapowder報道了一種內含Al的中間相碳微球的制作方法，實驗XRD證實生成的中間相碳微球中內部含有Al元素，但并未對其電化學性能進行進一步測試。申請號為201110112449.3報道了一種合成二氧化鈦/碳的復合鋰離子電池負極材料的制作方法，但該方法使用大量有機溶劑，安全性較差，不適宜大規模工業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是實現了化學法合成了鋰離子電池用二氧化鈦與中間相復合的產物，客服了納米二氧化鈦作為鋰離子電池負極材料比表面大，首效不高的缺點，及中間相碳微球大倍率下安全性較低的缺陷。

根據本發明的一個方面，其涉及一種鋰離子電池負極二氧化鈦/中間相碳微球復合材料的制備方法，包括以下的步驟：

步驟(1)：將低軟化點瀝青攪拌并加熱至80～200℃，再將納米二氧化鈦、中間相碳微球中加入所述低軟化點瀝青中充分分散，同時加入一種或多種分散劑，充分攪拌1-3h；

步驟(2)：將步驟(1)中所得的反應液以1.5～4℃/min的升溫速率逐漸升溫至350～480℃，然后保溫2h～12h；

步驟(3)：將步驟(2)中所得的化合物過濾，然后用喹啉、甲苯、四氫呋喃中的一種或多種溶劑洗滌1-6小時，然后再次過濾；

步驟(4)：將步驟(3)中所得的產物在60-200℃下干燥2-24h，得到初品；

步驟(5)：將步驟(4)中所得的初品以300-600目振動篩過篩后得到生球產物；

步驟(6)：將步驟(5)中所得的生球產物以1.5-4℃的升溫速率在450-600℃空氣或O2氣氛下進行一次碳化2-6h，接著在700-1200℃下，空氣或N2氣氛下再次碳化2-12h，最后得到二氧化鈦/中間相碳微球復合材料。