[發(fā)明專利]一種鈦酸鋰硅基復合負極材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111900352A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 張長安;曹新龍;曹國林;白楊芝;王夏陽;田占元
• 申請（專利權）人: 陜西煤業(yè)化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種鈦酸鋰硅基復合負極材料，其特征在于，包括內核和內核上包覆的外殼，即構成核殼型的鈦酸鋰硅基復合負極材料，其中，所述內核由有機碳基質填充和/或包覆的多孔納米硅/納米鈦酸鋰材料構成，所述外殼為有機熱解碳層。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種鈦酸鋰硅基復合負極材料，其特征在于，所述納米硅顆粒的中值粒徑為30nm～500nm；所述納米鈦酸鋰顆粒的中值粒徑為30nm～500nm；有機碳基質占內核總質量的10％～90％；所述有機熱解碳層的厚度為500nm～2000nm；所述鈦酸鋰硅基復合負極材料的粒徑為1μm～70μm。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種鈦酸鋰硅基復合負極材料，其特征在于，所述納米硅顆粒的中值粒徑為60nm～200nm；所述納米鈦酸鋰顆粒的中值粒徑為60nm～200nm；有機碳基質占內核總質量的20％～70％，所述有機熱解碳層的厚度為600nm～1200nm；所述鈦酸鋰硅基復合負極材料的粒徑為5μm～48μm。

4.一種鈦酸鋰硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將硅粉和鈦酸鋰均勻分散在有機溶劑中，在有機溶劑中加入分散劑，經濕法球磨處理得到納米硅/納米鈦酸鋰混合懸浮液；

步驟二，向步驟一得到的混合懸浮液中加入造孔劑進行高速攪拌，攪拌后進行噴霧干燥造粒，得到第一前驅體；

步驟三，采用化學氣相沉積法對步驟二中得到的第一前驅體進行氣相碳包覆，得到第二前驅體；

步驟四，對步驟三得到的第二前驅體進行固相包覆有機碳源，得到第三前驅體，對第三前驅體進行粉碎，即得到鈦酸鋰硅基復合負極材料。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種鈦酸鋰硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述硅粉與鈦酸鋰的質量比為(5～95):(5～95)，且硅粉與鈦酸鋰的質量比之和為100；所述硅粉和鈦酸鋰材料的中值粒徑為1μm～100μm；所述濕法球磨采用納米研磨機，研磨介質為氧化鋯珠，氧化鋯珠的規(guī)格為0.05mm～4mm，研磨時間為5h～24h，研磨機的轉速為500rpm～2000rpm；所述有機溶劑為醇類、酮類、烷類、脂類、醚類和四氫呋喃中的至少一種；所述分散劑為陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，所述分散劑為硬脂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚山梨脂、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、甘油和季戊四醇中至少一種；所述分散劑占納米硅質量的1％～50％。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種鈦酸鋰硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述造孔劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇縮丁醛酯、聚乙烯酸、油酸、聚乙烯腈、聚丙烯酸、檸檬酸、葡萄糖、蔗糖、瀝青、核糖、酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂和脲醛樹脂中至少一種；所述造孔劑占納米硅質量的5％～80％；所述高速攪拌時間為1h～3h、轉速為1000rpm～2000rpm；所述噴霧干燥的進口溫度為120℃～200℃、出口溫度為75℃～120℃、霧化盤轉速15000rpm/min～25000rpm/min。

7.根據(jù)權利要求4所述的一種鈦酸鋰硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述化學氣相沉積在惰性氣氛下進行，進行化學氣相沉積時通入有機化合物氣體進行沉積，有機化合物氣體沉積后得到有機碳基質，所述有機碳基質填充和/或包覆第一前驅體，即得到第二前驅體；所述化學氣相沉積的溫度為600℃～1100℃，升溫速率為1℃/min～5℃/min；所選惰性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣中至少一種，所述惰性氣體流量為1L/min～6L/min；所述有機化合物氣體包括甲烷、乙烷、苯乙烯、乙苯、二苯甲烷、乙炔、丙烯、丙酮、天然氣和液化石油氣中的至少一種，所述有機化合物氣體的流量為1L/min～6L/min，所述沉積時間為2h～24h。