一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池用氧化亚硅‑钛酸锂基复合负极材料及其制备方法，所述复合负极材料组分包括石墨、添加剂、导电剂和粘结剂；所述添加剂包括石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅，所述添加剂的质量为石墨和添加剂总质量的6％‑20％。本发明专利技术不仅利用了石墨首次效率高、循环性好和石墨烯比表面积大、导电性好的特点，而且利用了钛酸锂类物质倍率性能好和氧化亚硅容量相对较高、循环相对较好的优点，进一步提升了材料的综合性能，为该负极材料的实用化提供一定的可行性选择。

A silicon oxide lithium titanate composite anode material for lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池于上世纪80年代进入实际应用，因其具有比容量大，使用寿命长，安全性高，方便携带等优点，从小型电子装置所需的微电池到大的电动车动力源，锂离子电池正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。目前商业化锂离子电池负极采用的石墨类材料的理论比容量仅有372mAh/g，难以满足当前需求，因此，开发更高容量密度的负极材料是锂离子电池急需解决的问题。硅最大理论比容量可以达到(4200mAh/g)，其资源广泛、脱嵌锂电位低，从而成为可以改善当前负极材料性能的首选材料。但是硅在脱嵌锂过程中有高达～300％的体积膨胀，从而导致其活性材料粉化、脱落，进而影响到电池的循环性能。钛酸锂为零应变材料，是一种理想嵌锂电极材料，其具有循环寿命超长、放电电压平稳、安全性能好、低廉的价格和环境友好等优点，因此将钛酸锂作为锂离子电池负极材料也是当前的一个热点。但是，钛酸锂具有较差的电子导电性和相对较高的电压平台，这影响了电池的快速充放电性能，尤其是高倍率性能，进而限制了其广泛的应用。氧化亚硅理论比容量大于2000mAh/g，虽然容量比硅有所降低，但其循环性能却大大提高，其原因是氧化亚硅在首次充放电过程中锂离子与硅氧材料反应生成Li2O以及Li2SiO4，可以有效缓解负极材料的体积膨胀，提高其循环性能。但是，生成Li2O和Li2SiO4过程中消耗较多锂离子，导致，氧化亚硅的首效和容量相对硅都不高，这影响氧化亚硅的商业化应用。专利文献CN201710248564.0公开了一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，负极活性物质主要由钛酸锂材料(容量165mAh/g)和添加剂组成，其中添加剂添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％，添加剂主要包括硅氧化物和碳材料等。但该钛酸锂材料作为主要活性物质其容量和首次效率均不是很理想。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及其制备方法，提升了材料的综合性能。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，所述复合负极材料组分包括石墨、添加剂、导电剂和粘结剂；所述添加剂包括石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅，所述添加剂的质量为石墨和添加剂总质量的6％-20％。优选的，石墨烯的质量为石墨和添加剂总质量的1％-4％，钛酸锂的质量为石墨和添加剂总质量的2％-7％，氧化亚硅的质量为石墨和添加剂总质量的5％-9％。优选的，石墨为天然石墨和人造石墨中的一种或两种。优选的，所述导电剂为导电炭黑。优选的，所述粘结剂为羧甲基纤维素。所述的锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料的制备方法，其特征在于，将石墨和添加剂混合、研磨，然后与导电剂和粘结剂一起加入到有机溶剂中充分搅拌制浆，使用时，将搅拌好的浆料涂覆在集流体上制作负极极片。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术以碳材料为主要活性成分，以石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅为复合添加剂，组成负极材料。石墨首次效率高、循环性好，一定程度上弥补氧化亚硅的首效和容量相对硅都不高的问题；氧化亚硅容量相对较高、可以有效缓解负极材料的体积膨胀、循环相对较好，氧化亚硅理论比容量大于2000mAh/g，虽然容量比硅有所降低，但其循环性能却大大提高，其原因是氧化亚硅在首次充放电过程中锂离子与硅氧材料反应生成Li2O以及Li2SiO4，可以有效缓解负极材料的体积膨胀，提高其循环性能；钛酸锂为零应变材料，其具有循环寿命超长、放电电压平稳、安全性能好的优势，其次，其低温性能、倍率性能较好，再次，锂插入钛酸锂的电位较高，将其作为负极使用时不容易生成锂枝晶，从而安全性比较高；但是钛酸锂具有较差的电子导电性和相对较高的电压平台，这影响了电池的快速充放电性能。石墨烯良好的机械性能和柔韧性可以缓解氧化亚硅的形变应力，优异的导电性和导热性提供快速的电子传导和热疏散，通过加入石墨烯使之形成钛酸锂/石墨烯的复合材料，增加钛酸锂电子导电性。本专利技术不仅利用了石墨首次效率高、循环性好和石墨烯比表面积大、导电性好的特点，而且利用了钛酸锂类物质倍率性能好和氧化亚硅容量相对较高、循环相对较好的优点，进一步提升了材料的综合性能，为该负极材料的实用化提供一定的可行性选择。本专利技术的氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料制备方法简单环保、使用的原材料丰富、设备成本低廉，易于大规模生产。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术所述锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，所述负极材料由石墨、添加剂、导电剂、粘结剂组成；所述添加剂包括石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅，所述添加剂的质量为石墨和添加剂总质量的6％-20％。石墨烯的质量为石墨和添加剂总质量的1％-4％，钛酸锂的质量为石墨和添加剂总质量的2％-7％，氧化亚硅的质量为石墨和添加剂总质量的5％-9％。石墨为天然石墨和人造石墨中的一种或两种；所述石墨粒径为2～5μm。所述导电剂为导电炭黑。所述粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)。本专利技术所述锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料的制备方法，包括以下过程：将石墨和添加剂在研钵中充分研磨，然后将其和导电剂、粘结剂一起加入到有机溶剂中充分搅拌制浆，将搅拌好的浆料涂覆在集流体铜箔上制作负极极片，之后与正极极片组装成扣式电池进行测试。实施例1：一种本专利技术提供锂离子电池氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及制法，包括以下步骤：将7.5g人造石墨、0.2g石墨烯、0.2g钛酸锂、0.6g氧化亚硅加入到研钵中充分研磨后加入到50g乙醇之中充分搅拌；加入1.25g导电炭黑superP和1.25gCMC继续搅拌30分钟；将得到的浆料涂布在厚度8微米的铜箔上面，自然晾干30分钟后，80℃真空干燥，涂布面密度为6mg/m2，裁片机裁剪成φ12mm的负极极片。隔膜采用湿法PE隔膜，基膜14um厚，涂陶瓷2um。电解液为1mol/LLiPF6。将负极极片、隔膜、电解液、锂片依次加入到电池壳中，压片机50Mpa压制成扣式电池。搁置8小时后0.1C充放电循环两圈，之后0.2C充放电循环测试。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂和仪器设备等均可通过市场购买得到或通过现有方法制备得到。实施例2：一种本专利技术提供锂离子电池氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料及制法，包括以下步骤：将7.82g天然石墨、0.085g石墨烯、0.17g钛酸锂、0.43g氧化亚硅加入到研钵中充分研磨后加入到50g乙醇之中充分搅拌；加入1.25g导电炭黑superP和1.25gC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料组分包括石墨、添加剂、导电剂和粘结剂；所述添加剂包括石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅，所述添加剂的质量为石墨和添加剂总质量的6％-20％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料组分包括石墨、添加剂、导电剂和粘结剂；所述添加剂包括石墨烯、钛酸锂和氧化亚硅，所述添加剂的质量为石墨和添加剂总质量的6％-20％。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，其特征在于，石墨烯的质量为石墨和添加剂总质量的1％-4％，钛酸锂的质量为石墨和添加剂总质量的2％-7％，氧化亚硅的质量为石墨和添加剂总质量的5％-9％。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池用氧化亚硅-钛酸锂基复合负极材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝文，袁丽只，白杨芝，路通，张丁，胡秋晨，沈晓辉，范瑞娟，邵乐，田占元，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61