[發(fā)明專利]一種制備鈦酸鋰包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810380002.6
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108695494A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉偉;周鵬偉;趙東輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建翔豐華新能源材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 吳成開(kāi);徐勛夫

本發(fā)明公開(kāi)一種制備鈦酸鋰包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括有以下步驟：（1）硅粉焙燒：將0.5?1.2g初始Si均勻攤開(kāi)放在石英舟內(nèi)，并將石英舟置于管式爐中，對(duì)管式爐抽真空并用高純Ar進(jìn)行置換，隨后以穩(wěn)定的速度通入高純Ar，氣體流量為100?200ml/min，爐子升溫速率為8?12℃/min，樣品在500?900℃下保溫3?5h，待保溫時(shí)間結(jié)束后，樣品隨爐自然冷卻到室溫；（2）球磨：將步驟（1）中焙燒好硅粉和0.15?0.25g鈦酸鋰放入容積為80ml的球磨罐中球磨。通過(guò)先對(duì)硅粉進(jìn)行焙燒，再將鈦酸鋰與硅粉進(jìn)行球磨，實(shí)現(xiàn)了利用高能球磨法制備和鈦酸鋰復(fù)合的硅合金材料，能夠有效改善硅負(fù)極材料點(diǎn)池的循環(huán)性能和容量保持率，滿足使用的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及負(fù)極材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種制備鈦酸鋰包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，在鋰離子電池研究領(lǐng)域中，鋰離子電池負(fù)極材料的研宄和幵發(fā)應(yīng)用相當(dāng)活躍，并己經(jīng)取得巨大進(jìn)展。己經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的碳負(fù)極材料雖具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，但是它的劣勢(shì)是理論比容量低，并且嵌鋰后，碳電極的電位與金屬鋰的電位較接近，當(dāng)電池過(guò)充時(shí)，金屬鋰極易在碳電極表面析出，導(dǎo)致著火甚至爆炸，存在安全隱患。

對(duì)高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性的追求，使人們不斷地探索可替代碳的理想負(fù)極材料。硅合金具有高的理論體積比容量（是石墨材料的十幾倍），安全性能好，是具有廣闊發(fā)展前景的有望替代碳材料的電池負(fù)極材料。但是這類材料也存在劣勢(shì)，即在反復(fù)脫嵌鋰過(guò)程中，合金材料體積變化很大，電極內(nèi)部產(chǎn)生大的應(yīng)力，電極材料逐漸粉化致使結(jié)構(gòu)破壞，致使容量衰減很快，電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性差。商業(yè)化應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)高，如何改善硅負(fù)極材料的循環(huán)性能成為產(chǎn)品能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

尖晶石型的鈦酸鋰具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，是具有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料之一。鈦酸鋰在充放電過(guò)程中具有較高的嵌鋰電位，可避免鋰枝晶的出現(xiàn)和SEI膜的形成，且其在充放電過(guò)程中體積幾乎不變，因此被稱為“零應(yīng)變材料”。放電電壓平穩(wěn)，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能；與炭負(fù)極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，可高倍率充放電等；鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種制備鈦酸鋰包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其能夠有效改善硅負(fù)極材料點(diǎn)池的循環(huán)性能和容量保持率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案：

一種制備鈦酸鋰包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）硅粉焙燒：將0.5-1.2g初始Si均勻攤開(kāi)放在石英舟內(nèi)，并將石英舟置于管式爐中，對(duì)管式爐抽真空并用高純Ar進(jìn)行置換，隨后以穩(wěn)定的速度通入高純Ar，氣體流量為100-200ml/min，爐子升溫速率為8-12℃/min，樣品在500-900℃下保溫3-5h，待保溫時(shí)間結(jié)束后，樣品隨爐自然冷卻到室溫；

（2）球磨：將步驟（1）中焙燒好硅粉和0.15-0.25g鈦酸鋰放入容積為80ml的球磨罐中，按照球料比為20:1-30:1稱取直徑為11mm-6mm磨球若干，球磨鑲在Ar氣氛保護(hù)的手套箱中密封；球磨轉(zhuǎn)速500-1000rpm，每周期含球磨5-12min和間隙6-10min，累積球磨時(shí)間為20-100h。

作為一種優(yōu)選方案，所述初始Si的粒徑為1-2μm。

作為一種優(yōu)選方案，所述Ar的純度為99.8%以上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知：

通過(guò)先對(duì)硅粉進(jìn)行焙燒，再將鈦酸鋰與硅粉進(jìn)行球磨，實(shí)現(xiàn)了利用高能球磨法制備和鈦酸鋰復(fù)合的硅合金材料，能夠有效改善硅負(fù)極材料點(diǎn)池的循環(huán)性能和容量保持率，滿足使用的需要。