[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用核殼負極材料及其制備方法

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• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108365195A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海帆;秦軍;張少波
• 申請（專利權(quán)）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

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池用核殼負極材料，負極材料具有核殼結(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡(luò)中，殼為有機裂解碳層。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過設(shè)計核殼結(jié)構(gòu)硅/鈦酸鋰/碳納米管復合負極材料，將納米硅、鈦酸鋰和碳納米管的優(yōu)勢結(jié)合起來，納米硅提升材料的比容量，鈦酸鋰作為緩沖硅體積膨脹的骨架支撐，穩(wěn)定材料的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管穿插于材料顆粒的空隙網(wǎng)絡(luò)中，形成導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高材料的離子和電子傳輸速率；有機碳源包覆在最外層，隔離電解液的浸蝕，形成保護殼。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池用核殼負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在當今環(huán)境污染，能源緊缺的背景下，鋰離子電池因其清潔無污染、高效可循環(huán)的的特質(zhì)，是目前新能源汽車主要的動力電源。鋰離子電池中的電極材料對電池性能有決定性的影響，其中負極材料對鋰離子電池性能的提高起著至關(guān)重要的作用。開發(fā)出比容量更大、循環(huán)性能更好、充放電更快更安全的新型鋰離子電池，也成為眾多科技工作者為之不懈努力的目標。

硅具有超高的理論比容量(4200mAh/g)和較低的脫鋰電位(<0.5V)，且硅的電壓平臺略高于石墨，在充電時難引起表面析鋰，安全性能更好，現(xiàn)已成為了備受矚目的下一代大容量電池的負極候選材料。然而，硅在充放電時高達300％的體積變化，使其在充放電循環(huán)中承受很大的機械作用力并逐漸粉化坍塌，與集流體失去電接觸，最終導致電池失效，表現(xiàn)出極差的循環(huán)性能。

鈦酸鋰是一種“零應變”材料，鋰離子在鈦酸鋰中的脫嵌是可逆的，而且鋰離子在嵌入或脫出鈦酸鋰的過程中，其晶型不發(fā)生變化，體積變化小于1％，從而使其具有優(yōu)良的循環(huán)性能和平穩(wěn)的放電電壓。但鈦酸鋰材料缺點也很明顯，如理論比容量僅175mAh/g，實際使用時的比容量更低，且平臺電壓高等。

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種鋰離子電池用核殼負極材料及其制備方法，其通過設(shè)計核殼結(jié)構(gòu)硅/鈦酸鋰/碳納米管復合負極材料，將納米硅、鈦酸鋰和碳納米管的優(yōu)勢結(jié)合起來，納米硅提升材料的比容量，鈦酸鋰作為緩沖硅體積膨脹的骨架支撐，穩(wěn)定材料的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管穿插于材料顆粒的空隙網(wǎng)絡(luò)中，形成導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高材料的離子和電子傳輸速率；有機碳源包覆在最外層，隔離電解液的浸蝕，形成保護殼。該復合負極材料具有高容量、高倍率和優(yōu)異的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鋰離子電池用硅碳負極材料，其通過設(shè)計核殼結(jié)構(gòu)硅/鈦酸鋰/碳納米管復合負極材料，將納米硅、鈦酸鋰和碳納米管的優(yōu)勢結(jié)合起來，納米硅提升材料的比容量，鈦酸鋰作為緩沖硅體積膨脹的骨架支撐，穩(wěn)定材料的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管穿插于材料顆粒的空隙網(wǎng)絡(luò)中，形成導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高材料的離子和電子傳輸速率；有機碳源包覆在最外層，隔離電解液的浸蝕，形成保護殼。該復合負極材料具有高容量、高倍率和優(yōu)異的循環(huán)性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池用核殼負極材料，所述負極材料具有核殼結(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡(luò)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。

作為本發(fā)明鋰離子電池用核殼負極材料的一種改進，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。