[發明專利]一種鋰離子電池用核殼負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810118365.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108365195A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 王海帆;秦軍;張少波
• 申請（專利權）人: 深圳市普銳能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣東德而賽律師事務所 44322
• 代理人: 葉秀進

1.一種鋰離子電池用核殼負極材料，其特征在于，所述負極材料具有核殼結構，其核包括納米硅、鈦酸鋰和碳納米管，納米硅通過CVD沉積法生長在鈦酸鋰顆粒上，碳納米管穿插于沉積有納米硅的鈦酸鋰顆粒形成的空隙網絡中，殼為有機裂解碳層；

納米硅的粒徑為5~300nm；

鈦酸鋰的粒徑為50~1000nm；

碳納米管的管徑為1~100nm，長度為0.1~20μm；

有機裂解層的厚度為0.1~10μm。

2.根據權利要求1所述的鋰離子電池用核殼負極材料，其特征在于，所述負極材料中含有5wt%～50wt%的納米硅，5wt%～50wt%的鈦酸鋰，1wt%～30wt%的碳納米管，10wt%～70wt%的有機裂解層。

3.根據權利要求1所述的鋰離子電池用核殼負極材料，其特征在于，所述負極材料的中值粒徑為1～30μm，所述負極材料的比表面積為1～30m²/g，所述負極材料的粉體壓實密度為0.1～2.5g/cm³。

4.一種權利要求1至3任一項所述的鋰離子電池用核殼負極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

（1）將二氧化鈦和碳酸鋰通過球磨混合均勻，然后加入至反應器中高溫燒結，得到鈦酸鋰粗顆粒；

（2）將步驟（1）得到的鈦酸鋰粗顆粒進行機械整形，得到粒度分布集中，形貌規整的鈦酸鋰細顆粒；

（3）利用CVD沉積法，將納米硅沉積在步驟（2）中得到的鈦酸鋰細顆粒上，得到負極材料前驅體一；

（4）將步驟（3）得到的負極材料前驅體一、碳納米管和分散劑加入到溶劑中預分散，再經高速分散機中高速分散后得到復合漿料；

（5）將步驟（4）中的復合漿料通過噴霧干燥和粉體加工后，得到負極材料前驅體二；

（6）碳包覆：將步驟（5）中得到的負極材料前驅體二與有機裂解碳源進行均相復合后，置于反應器中，通惰性氣體保護，高溫燒結，得到核殼結構負極材料。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述的二氧化鈦為銳鈦礦型二氧化鈦或金紅石型二氧化鈦；球磨所使用的設備選自高速攪拌磨、行星式球磨機、管磨機和砂磨機中的一種；球磨過程中的球磨珠的材質選自不銹鋼、瑪瑙、氧化鋯、硬質合金中的一種；球磨珠的直徑為1～10mm，球料比為 (10～200):1，球磨轉速為50～2000rpm，球磨時間為1～50h；反應器為真空爐、箱式爐、回轉爐、輥道窯、推板窯或管式爐；所述碳酸鋰顆粒的中值粒徑為1～100μm。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述的機械整形包括粉碎和分級，具體工藝步驟為：將步驟（1）中得到的鈦酸鋰經粉碎機處理，調節粉碎強度為10～200Hz，除去大顆粒，控制粒度為1～15μm，再將粉料加入至分級機中，調節分級強度為10～200Hz，進一步控制粒度為1～10μm，除去粒度較大的部分，保留細粉，得到粒度分布集中，形貌規整的鈦酸鋰細顆粒。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的CVD沉積法的具體工藝步驟為：將步驟（2）中得到的鈦酸鋰細顆粒加入到CVD爐中，通入氮氣排除空氣至氧含量低于 300ppm，然后以 1.0～5℃/min 的升溫速度，升溫到 400～1000℃，焙燒時間 1～8h，期間通入有機硅源氣體進行化學氣相沉積 0.5～5h，流量為 1～10L/min，接著恒溫燒結 1～5h，使納米硅均勻的沉積在鈦酸鋰顆粒上，得到負極材料前驅體一；所述有機硅源氣體為硅烷、二氯二氫硅、三氯硅烷、四氯化硅和四氟化硅中的至少一種。