一种锂离子电池用核壳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂离子电池用核壳负极材料，负极材料具有核壳结构，其核包括纳米硅、钛酸锂和碳纳米管，纳米硅通过CVD沉积法生长在钛酸锂颗粒上，碳纳米管穿插于沉积有纳米硅的钛酸锂颗粒形成的空隙网络中，壳为有机裂解碳层。相对于现有技术，本发明专利技术通过设计核壳结构硅/钛酸锂/碳纳米管复合负极材料，将纳米硅、钛酸锂和碳纳米管的优势结合起来，纳米硅提升材料的比容量，钛酸锂作为缓冲硅体积膨胀的骨架支撑，稳定材料的整体结构，碳纳米管穿插于材料颗粒的空隙网络中，形成导电网络结构，有效提高材料的离子和电子传输速率；有机碳源包覆在最外层，隔离电解液的浸蚀，形成保护壳。

Core-shell negative electrode material for lithium ion battery and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of lithium ion batteries, and relates to a nuclear shell negative electrode material for lithium ion batteries, and the negative electrode has a nuclear shell structure. The core includes nano silicon, lithium titanate and carbon nanotubes. The nano silicon is grown on lithium titanate particles by CVD deposition, and the carbon nanotubes are inserted in the lithium titanate particles deposited with nanoscale. In the gap network, the shell is an organic cracking carbon layer. Compared with the existing technology, the invention combines the nuclear shell structure silicon / lithium titanate / carbon nanotube composite negative material, and combines the advantages of nano silicon, lithium titanate and carbon nanotubes, the specific capacity of nano silicon material, the lithium titanate as the skeleton support of the volume expansion of the buffer silicon, the stability of the whole structure of the material and the carbon nanotube. In the space network of material particles, the structure of the conductive network is formed to effectively improve the ion and electron transport rate of the material; the organic carbon source is coated at the outer layer, and the corrosion of the electrolyte is isolated and the protective shell is formed.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用核壳负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种锂离子电池用核壳负极材料及其制备方法。
技术介绍
在当今环境污染，能源紧缺的背景下，锂离子电池因其清洁无污染、高效可循环的的特质，是目前新能源汽车主要的动力电源。锂离子电池中的电极材料对电池性能有决定性的影响，其中负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。开发出比容量更大、循环性能更好、充放电更快更安全的新型锂离子电池，也成为众多科技工作者为之不懈努力的目标。硅具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(<0.5V)，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难引起表面析锂，安全性能更好，现已成为了备受瞩目的下一代大容量电池的负极候选材料。然而，硅在充放电时高达300％的体积变化，使其在充放电循环中承受很大的机械作用力并逐渐粉化坍塌，与集流体失去电接触，最终导致电池失效，表现出极差的循环性能。钛酸锂是一种“零应变”材料，锂离子在钛酸锂中的脱嵌是可逆的，而且锂离子在嵌入或脱出钛酸锂的过程中，其晶型不发生变化，体积变化小于1％，从而使其具有优良的循环性能和平稳的放电电压。但钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，其核包括纳米硅、钛酸锂和碳纳米管，纳米硅通过CVD沉积法生长在钛酸锂颗粒上，碳纳米管穿插于沉积有纳米硅的钛酸锂颗粒形成的空隙网络中，壳为有机裂解碳层；纳米硅的粒径为5~300nm；钛酸锂的粒径为50~1000nm；碳纳米管的管径为1~100nm，长度为0.1~20μm；有机裂解层的厚度为0.1~10μm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，其核包括纳米硅、钛酸锂和碳纳米管，纳米硅通过CVD沉积法生长在钛酸锂颗粒上，碳纳米管穿插于沉积有纳米硅的钛酸锂颗粒形成的空隙网络中，壳为有机裂解碳层；纳米硅的粒径为5~300nm；钛酸锂的粒径为50~1000nm；碳纳米管的管径为1~100nm，长度为0.1~20μm；有机裂解层的厚度为0.1~10μm。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料中含有5wt%～50wt%的纳米硅，5wt%～50wt%的钛酸锂，1wt%～30wt%的碳纳米管，10wt%～70wt%的有机裂解层。3.根据权利要求1所述的锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料的中值粒径为1～30μm，所述负极材料的比表面积为1～30m2/g，所述负极材料的粉体压实密度为0.1～2.5g/cm3。4.一种权利要求1至3任一项所述的锂离子电池用核壳负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将二氧化钛和碳酸锂通过球磨混合均匀，然后加入至反应器中高温烧结，得到钛酸锂粗颗粒；（2）将步骤（1）得到的钛酸锂粗颗粒进行机械整形，得到粒度分布集中，形貌规整的钛酸锂细颗粒；（3）利用CVD沉积法，将纳米硅沉积在步骤（2）中得到的钛酸锂细颗粒上，得到负极材料前驱体一；（4）将步骤（3）得到的负极材料前驱体一、碳纳米管和分散剂加入到溶剂中预分散，再经高速分散机中高速分散后得到复合浆料；（5）将步骤（4）中的复合浆料通过喷雾干燥和粉体加工后，得到负极材料前驱体二；（6）碳包覆：将步骤（5）中得到的负极材料前驱体二与有机裂解碳源进行均相复合后，置于反应器中，通惰性气体保护，高温烧结，得到核壳结构负极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛或金红石型二氧化钛；球磨所使用的设备选自高速搅拌磨、行星式球磨机、管磨机和砂磨机中的一种；球磨过程中的球磨珠的材质选自不锈钢、玛瑙、氧化锆、硬质合金中的一种；球磨珠的直径为1～10mm，球料比为(10～200):1，球磨转速为50～2000rpm，球磨时间为1～50h；反应器为真空炉、箱式炉、回转炉、辊道窑、推板窑或管式炉；所述碳酸锂颗粒的中值粒径为1～100μm。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的机械整形包括粉碎和分级，具体工艺步骤为：将步骤（1）中得到的钛酸锂经粉碎机处理，调节粉碎强度为10～200Hz，除去大颗粒，控制粒度为1～15μm，再将粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海帆，秦军，张少波，
申请(专利权)人：深圳市普锐能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44