新能源汽车电池负极材料及电池制造技术

本发明专利技术公开了一种新能源汽车电池负极材料及电池，所述新能源汽车电池负极材料包括钛酸锂颗粒，钛酸锂颗粒表面包覆有硅酸钛层，硅酸钛层表面包覆有碳层，其制备方法包括以下步骤：a、将硅酸钛粉末加入到热水中，搅拌至形成均匀的胶体溶液；b、将钛酸锂粉末加入硅酸钛胶体溶液中，搅拌均匀后烘干处理；c、将步骤b中干燥后的前驱体进行烧结，冷却后得到硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料；d、将步骤c中制得的产物与碳源混合，水热法处理后进行烧结，冷却后得到由碳酸锂、硅酸钛和碳形成的多层包覆的复合材料。本发明专利技术的新能源汽车电池负极材料提高了电池的充放电比容量，并且有效缓解了钛酸锂的胀气问题，从而提高电池负极材料的性能。从而提高电池负极材料的性能。

【技术实现步骤摘要】
新能源汽车电池负极材料及电池


[0001]本专利技术涉及电池负极材料
更具体地说，本专利技术涉及一种新能源汽车电池负极材料及电池。

技术介绍

[0002]由于国家政策大力扶持新能源汽车，新能源汽车的爆发式增长带动了动力电池的迅速增长，进而使锂离子电池的需求大幅上升。近年来，为了使锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能以及可靠的安全性能，负极材料作为锂离子电池的关键组成部分受到了广泛地关注。
[0003]电池负极材料按原材料种类和制造工艺大致可以分为两类：碳材料和非碳材料。碳材料中的石墨化碳材料是最主要的负极材料，技术成熟，具有较大规模的产业化应用。非碳材料中钛酸锂在储能和快充电池领域也得到了很好的应用，具有较好的应用前景。
[0004]钛酸锂由于具有极高的循环寿命和安全特性，被认为是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料之一。与碳材料相比，钛酸锂脱嵌锂平台电位较高(1.55V)，可避免锂枝晶的产生，保障了电池的安全性。其理论比容量为175mAh/g具有平稳的放电平台，容量利用率较高，被称为“零应变”材料，充放电过程中无明显体积变化，能够避免电极材料因反复胀缩而导致的结构破坏，具有稳定的循环性能。但钛酸锂因其导电性较差，导致充放电比容量很低，且在充放电循环过程中易产生胀气问题，影响其循环稳定性，使其应用受到了极大地限制。因此，如何提高钛酸锂的导电性、缓解钛酸锂的胀气问题是钛酸锂负极材料研究中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，提供了一种新能源汽车电池负极材料及电池，该新能源汽车电池负极材料提高了电池的充放电比容量，并且有效缓解了钛酸锂的胀气问题，从而提高电池负极材料的性能。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种新能源汽车电池负极材料，包括钛酸锂颗粒，钛酸锂颗粒表面包覆有硅酸钛层，硅酸钛层表面包覆有碳层，所述新能源汽车电池负极材料的制备方法包括以下步骤：
[0007]a、将硅酸钛粉末加入到热水中，搅拌至形成均匀的胶体溶液；
[0008]b、将钛酸锂粉末加入硅酸钛胶体溶液中，搅拌均匀后烘干处理；
[0009]c、将步骤b中干燥后的前驱体进行烧结，冷却后得到硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料；
[0010]d、将步骤c中制得的硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料与碳源混合，水热法处理后进行烧结，冷却后得到由钛酸锂、硅酸钛和碳形成的多层包覆的复合材料。
[0011]优选的是，所述硅酸钛的制备方法为，将钛酸四丁酯与二氧化硅加入到乙醇溶液中进行预处理，经搅拌、干燥，将得到的产物进行烧结，冷却后球磨即得到硅酸钛粉末。
[0012]优选的是，所述钛酸锂的制备方法为，将碳酸锂与二氧化钛加入到乙醇溶液中进行预处理，经搅拌、干燥，将得到的产物进行烧结，冷却后球磨即得到钛酸锂粉末。
[0013]优选的是，所述步骤b中烘干温度为100
‑
200℃，烘干时间6
‑
15小时。
[0014]优选的是，所述步骤c中烧结温度为600
‑
900℃，所述步骤d中烧结温度为700
‑
1000℃。
[0015]优选的是，所述步骤d中碳源为葡萄糖、柠檬酸、单宁酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种。
[0016]优选的是，所述钛酸锂、硅酸钛、碳的质量比为(19～199):1:1。
[0017]优选的是，所述硅酸钛制备时烧结温度为600
‑
900℃。
[0018]优选的是，所述钛酸锂制备时烧结温度为600
‑
900℃。
[0019]优选的是，应用上述任意一项所述的新能源汽车电池负极材料制备的新能源汽车电池。
[0020]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0021]本专利技术的新能源汽车电池负极材料中硅酸钛为多孔结构，吸附性较强，易吸附于钛酸锂颗粒表面，高温烧结时形成均匀的硅酸钛包覆层，硅酸钛层是稳定的并且在充放电循环过程中是电化学惰性的，其包覆于钛酸锂颗粒结构表面，减少了钛酸锂与电解液的接触面积，抑制钛酸锂与电解液的反应，阻止气体的产生，可有效缓解钛酸锂电池充放电过程中胀气现象的发生。
[0022]本专利技术的新能源汽车电池负极材料中碳层具有高导电性，作为材料的外表面包覆层不仅可以提高首次库仑效率，还大大提高了材料的循环稳定性。
[0023]本专利技术的新能源汽车电池负极材料不仅具有较高的循环寿命和安全特性，同时利用碳层和硅酸钛层的协同作用，提高了材料的导电率，并且有效缓解了钛酸锂的胀气问题，从而提高电池负极材料的性能。
[0024]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
[0025]下面通过实施例来具体说明本专利技术的新能源汽车电池负极材料及电池。这些实例仅对本专利技术进行说明，而不对本专利技术进行限制。
[0026]实施例1
[0027]实验方法：
[0028]1、实验样品的制备
[0029](1)硅酸钛粉末的制备
[0030]称取2g二氧化硅、12g钛酸四丁酯加入到30ml无水乙醇溶液中，70℃下磁力搅拌1h，将搅拌后得到的混合溶液置于鼓风干燥箱内120℃下干燥10h，将干燥后的产物置于氮气保护气氛下的管式炉中，以10℃/h的升温速度，升温至500℃保温5h，升温至850℃保温15h，将高温烧结得到的固体产物室温下冷却后球磨成粉末状备用。
[0031](2)钛酸锂粉末的制备
[0032]称取3g碳酸锂、8g二氧化钛加入到30ml无水乙醇溶液中，70℃下磁力搅拌1h，将搅
拌后得到的混合溶液置于鼓风干燥箱内120℃下干燥10h，将干燥后的产物置于氮气保护气氛下的管式炉中，以10℃/h的升温速度，升温至600℃保温8h，升温至850℃保温2h，将高温烧结得到的固体产物室温下冷却后球磨成粉末状备用。
[0033]2、新能源汽车电池负极材料的制备
[0034]a、称取上述制备的硅酸钛粉末0.01g，加入到40ml的70℃热水中，70℃下磁力搅拌至形成均匀的胶体溶液；
[0035]b、称取上述制备的钛酸锂粉末2g加入步骤a得到的硅酸钛胶体溶液中，70℃下搅拌均匀，将搅拌后的混合产物放入鼓风干燥箱内120℃干燥10h；
[0036]c、将步骤b中干燥后的前驱体置于氮气保护气氛下的管式炉中，以10℃/h的升温速度，升温至600℃保温3h，升温至850℃保温2h，将高温烧结得到的固体产物室温下冷却后即得到硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料；
[0037]d、将步骤c中制得的硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料加入到40ml葡萄糖溶液中混合，磁力搅拌1h，形成白色胶体溶液，将得到的胶体溶液移至水热器中，在鼓风干燥箱中180℃放置12h进行水热反应，将水热法处理后的产物放入烘箱内100摄氏度干燥10h，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新能源汽车电池负极材料，其特征在于，包括钛酸锂颗粒，钛酸锂颗粒表面包覆有硅酸钛层，硅酸钛层表面包覆有碳层，所述新能源汽车电池负极材料的制备方法包括以下步骤：a、将硅酸钛粉末加入到热水中，搅拌至形成均匀的胶体溶液；b、将钛酸锂粉末加入硅酸钛胶体溶液中，搅拌均匀后烘干处理；c、将步骤b中干燥后的前驱体进行烧结，冷却后得到硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料；d、将步骤c中制得的硅酸钛包覆的钛酸锂复合材料与碳源混合，水热法处理后进行烧结，冷却后得到由钛酸锂、硅酸钛和碳形成的多层包覆的复合材料。2.根据权利要求1所述的新能源汽车电池负极材料，其特征在于，所述硅酸钛的制备方法为，将钛酸四丁酯与二氧化硅加入到乙醇溶液中进行预处理，经搅拌、干燥，将得到的产物进行烧结，冷却后球磨即得到硅酸钛粉末。3.根据权利要求1所述的新能源汽车电池负极材料，其特征在于，所述钛酸锂的制备方法为，将碳酸锂与二氧化钛加入到乙醇溶液中进行预处理，经搅拌、干燥，将得到的产物进行烧结，冷却后球磨即得到钛酸锂粉末。4.根据权利要求1所述的新能源汽车电池负极材料，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄欣，陈萍姬，
申请(专利权)人：柳州四通材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：