一种钛酸锂硅基复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸锂硅基复合负极材料及其制备方法，包括内核和内核上包覆的外壳，即构成核壳型的钛酸锂硅基复合负极材料，其中，所述内核由有机碳基质填充和/或包覆的多孔纳米硅/纳米钛酸锂材料构成，所述外壳为有机热解碳层；钛酸锂硅基复合负极材料制备方法包括将硅粉和钛酸锂进行混合球磨处理，得到纳米悬浮液，随后进行喷雾干燥，再进行气相碳包覆，固相碳包覆，粉碎得到钛酸锂硅基复合材料，所述钛酸锂硅基复合负极材料具有优异的循环性能以及倍率充放电性能，体积膨胀小，能很好满足商用客户对高寿命，长循环的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂硅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负极材料领域，涉及一种钛酸锂硅基复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
在全球节能减排的大趋势下，新型能源日益受到人们的重视，从而加速了新型能源材料的开发和技术进步，而新型电极材料中负极材料的探索和研究就显得尤为重要。目前备受关注的负极材料，当属硅负极材料，因其理论比容量(4200mAh/g)，远高于石墨负极，具有良好的安全性能。但其在充放电过程发生严重的体积变化，导致活性物质膨胀破裂，甚至与集流体分开，电接触变差，导致电池容量迅速下降。同时，巨大的体积变化使得固体电解质膜(SEI)不断地破裂和形成，不断地消耗正极存锂，电池容量不断降低，循环性能变差。为了解决硅负极在充放电过程中体积变化较大的问题，本领域技术人员通过硅的纳米化、与碳基材料、金属或金属化合物材料复合等制备技术缓冲硅的体积变化，使其能够商业化应用。钛酸锂(LTO)是一种不导电的白色晶体，其具有锂离子的三维扩散通道，在充放电过程中，尖晶石立方结构的纳米级钛酸锂(Li4Ti5O12)经过嵌锂，转变成岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸锂硅基复合负极材料，其特征在于，包括内核和内核上包覆的外壳，即构成核壳型的钛酸锂硅基复合负极材料，其中，所述内核由有机碳基质填充和/或包覆的多孔纳米硅/纳米钛酸锂材料构成，所述外壳为有机热解碳层。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂硅基复合负极材料，其特征在于，包括内核和内核上包覆的外壳，即构成核壳型的钛酸锂硅基复合负极材料，其中，所述内核由有机碳基质填充和/或包覆的多孔纳米硅/纳米钛酸锂材料构成，所述外壳为有机热解碳层。


2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂硅基复合负极材料，其特征在于，所述纳米硅颗粒的中值粒径为30nm～500nm；所述纳米钛酸锂颗粒的中值粒径为30nm～500nm；有机碳基质占内核总质量的10％～90％；所述有机热解碳层的厚度为500nm～2000nm；所述钛酸锂硅基复合负极材料的粒径为1μm～70μm。


3.根据权利要求1所述的一种钛酸锂硅基复合负极材料，其特征在于，所述纳米硅颗粒的中值粒径为60nm～200nm；所述纳米钛酸锂颗粒的中值粒径为60nm～200nm；有机碳基质占内核总质量的20％～70％，所述有机热解碳层的厚度为600nm～1200nm；所述钛酸锂硅基复合负极材料的粒径为5μm～48μm。


4.一种钛酸锂硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将硅粉和钛酸锂均匀分散在有机溶剂中，在有机溶剂中加入分散剂，经湿法球磨处理得到纳米硅/纳米钛酸锂混合悬浮液；
步骤二，向步骤一得到的混合悬浮液中加入造孔剂进行高速搅拌，搅拌后进行喷雾干燥造粒，得到第一前驱体；
步骤三，采用化学气相沉积法对步骤二中得到的第一前驱体进行气相碳包覆，得到第二前驱体；
步骤四，对步骤三得到的第二前驱体进行固相包覆有机碳源，得到第三前驱体，对第三前驱体进行粉碎，即得到钛酸锂硅基复合负极材料。


5.根据权利要求4所述的一种钛酸锂硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述硅粉与钛酸锂的质量比为(5～95):(5～95)，且硅粉与钛酸锂的质量比之和为100；所述硅粉和钛酸锂材料的中值粒径为1μm～100μm；所述湿法球磨采用纳米研磨机，研磨介质为氧化锆珠，氧化锆珠的规格为0.05mm～4mm，研磨时间为5h～24h，研磨机的转速为500rpm～2000rpm；所述有机溶剂为醇类、酮类、烷类、脂类、醚类和四氢呋喃中的至少一种；所述分散剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，所述分散剂为硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、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种；所述分散剂占纳米硅质量的1％～50％。


6.根据权利要求4所述的一种钛酸锂硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长安，曹新龙，曹国林，白杨芝，王夏阳，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