一种锂离子动力电池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动力电池负极材料及其制备方法，该负极材料是通过将破碎的SiO

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池具有循环寿命长和能量密度高等优点，被广泛应用于新能源汽车领域，但目前由于其续航能力弱、安全性差等问题一直是新能源领域中较为重点研究的技术方向。
[0003]锂离子动力电池负极材料一直是行业内关注的热点，尤其是如何提高负极材料的容量等问题。硅的理论比容量为4200mAh/g，是理论克容量最高的材料。因此，硅基材料是目前研究最多、被认识是最可能替代石墨的负极材料之一。但在、在充电时，锂离子从正极脱出嵌入硅材料时，硅材料会发生膨胀粉化，在放电时锂离子从硅材料脱出时，硅材料又会因为行成较大空隙而发生收缩。随着电池不断的充放电，硅基负极的膨胀收缩会严重影响电池的循环性能和倍率性能。
[0004]而尖晶石钛酸锂具有如下优点：1)在脱嵌锂前后几乎零应变；2)嵌锂电位较高(1.55V)，能有效避免锂枝晶产生，安全性较高；3)具有很平坦的电压平台；4)化学扩散系数和库伦效率高。其诸多优点决定了具有优异的循环性能和安全性，然而其导电性不高、大电流放电时容量衰减严重。
[0005]为此，针对现有技术的不足，本专利技术立足于制得一种性能更加优异的负极材料，通过高温固相法将硅材料和钛酸锂进行掺混，并在其表面包裹形成三维导电结构的聚合物，有效地提高了负极材料的导电性、首效、容量保持率和循环稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法，该负极材料是通过将破碎的SiO
x
和Li4Ti5O
12
经高温固相复合，而后在其周围包裹三维导电结构的聚合物，并与复合的材料形成交联网络，其中0＜x≤2，以实现有效地抑制硅材料的膨胀，并提高其导电性、首效、容量保持率和循环稳定性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述负极材料为核壳结构，其中所述核为由破碎的SiO
x
和Li4Ti5O
12
经高温固相复合而成的复合材料，所述壳为三维导电结构的聚合物，其包裹在核的周围，并与所述复合材料形成交联网络，其中0＜x≤2。
[0008]进一步地，所述复合材料中的破碎的SiO
x
和Li4Ti5O
12
的质量比为1:1
‑
10。
[0009]进一步地，所述壳为由聚吡咯或聚苯胺构成的三维导电结构。
[0010]进一步地，所述负极材料的振实密度为0.5
‑
2.0g/cm3，D50为0.1
‑
50um。
[0011]本专利技术另一方面提供了一种锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0012]S1、取SiO
x
粉末用气流粉碎机进行破碎，将其破碎至粒径D50为0.1
‑
20um，得到预处理的SiO
x
，其中0＜x≤2；
[0013]S2、取Li4Ti5O
12
粉末，再加入S1步骤预处理的SiO
x
，混合均匀后，在室温下将其置于球磨机中球磨；
[0014]S3、将步骤S2中球磨后的物料取出，置于管式炉中采用程序升温法进行焙烧，而后冷却至室温；
[0015]S4、将步骤S3中焙烧后的产物取出，制备成悬浮液，而后缓慢加入聚合物单体和表面活性剂，室温下反应2
‑
5h；待反应完全后，缓慢加入引发剂，继续反应2
‑
5h；
[0016]S5、将步骤S4中反应后的产物离心分离、洗涤后，得到固体置于烘箱中真空干燥12
‑
24h，干燥温度为50
‑
80℃，经研磨过筛，最终制得锂离子动力电池负极材料。
[0017]进一步地，所述步骤S2中Li4Ti5O
12
通过如下方法制得：按照摩尔比n(Li)：n(Ti)＝4：5取锂源和钛源分散于溶剂中，搅拌混合均匀后，得到浆料；将所得浆料进行喷雾干燥，得到粒径均匀的前驱体粉末，该粉末即为Li4Ti5O
12
的前驱体；将制得的Li4Ti5O
12
前驱体粉末，在保护气氛下于600
‑
900℃煅烧，保温时间为3
‑
8h，冷却至室温，得到Li4Ti5O
12
；
[0018]进一步地，所述锂源选自醋酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种，所述钛源选自二氧化钛、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中的至少一种，所述碳源选自沥青、石油青、蔗糖、果糖、淀粉、葡萄糖中的至少一种。
[0019]进一步地，所述喷雾干燥的进口温度为150
‑
220℃，出口温度为80
‑
100℃，压力为0.1
‑
0.3MPa。
[0020]进一步地，所述保护气氛选自氮气或氩气，煅烧时的升温速率为5
‑
8℃/min。
[0021]进一步地，所述步骤S2中的球磨为：先球磨5
‑
12h，其中，球料比为4
‑
8，球磨机运转频率为45
‑
50Hz；随后进行二次球磨，在室温下将其再次置于球磨机中球磨12
‑
24h，其中，球料比为4
‑
8，球磨机运转频率为40
‑
44Hz。
[0022]进一步地，所述步骤S3中的程序升温法为一段式烧结或两段式烧结，其中，所述一段式烧结为由室温升温至400
‑
700℃，保温时间为3
‑
10h，升温速率为5
‑
10℃/min；所述两段式烧结为先由室温升温至300
‑
500℃，保温时间为2
‑
5h，升温速率为5
‑
10℃/min，而后再升温至600
‑
800℃，保温时间为3
‑
6h，升温速率为5
‑
10℃/min，所述一段式烧结和所述两段式烧结中的保护气氛均为氮气或氩气。
[0023]进一步地，所述步骤S4中的聚合物单体与混合后的负极材料的质量比为1：1
‑
5，所述聚合物单体与表面活性剂的摩尔比为1：0.01
‑
0.5，所述引发剂为过硫酸铵水溶液或者FeCl3水溶液，所述引发剂的原料与聚合物单体的摩尔比为0.1
‑
1：1。
[0024]进一步地，所述步骤S4中的聚合物单体选自吡咯、苯胺中的一种或几种，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
[0025]本专利技术另一方面提供了一种锂离子动力电池，其特征在于，其包括正极、负极、隔膜和电解液，所述负极包括铜箔和涂覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述负极材料为核壳结构，其中所述核为由破碎的SiO
x
和Li4Ti5O
12
经高温固相复合而成的复合材料，所述壳为三维导电结构的聚合物，其包裹在核的周围，并与所述复合材料形成交联网络，其中0＜x≤2。2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述复合材料中的破碎的SiO
x
和Li4Ti5O
12
的质量比为1:1
‑
10。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述壳为由聚吡咯或聚苯胺构成的三维导电结构。4.根据权利要求1
‑
2任一项所述的锂离子动力电池负极材料，其特征在于，所述负极材料的振实密度为0.5
‑
2.5g/cm3，D50为0.1
‑
100um。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、取SiO
x
粉末用气流粉碎机进行破碎，将其破碎至粒径D50为0.1
‑
20um，得到预处理的SiO
x
，其中0＜x≤2；S2、取Li4Ti5O
12
粉末，再加入S1步骤预处理的SiO
x
，混合均匀后，在室温下将其置于球磨机中球磨；S3、将步骤S2中球磨后的物料取出，置于管式炉中采用程序升温法进行焙烧，而后冷却至室温；S4、将步骤S3中焙烧后的产物取出，制备成悬浮液，而后缓慢加入聚合物单体和表面活性剂，室温下反应2
‑
5h；待反应完全后，缓慢加入引发剂，继续反应2
‑
5h；S5、将步骤S4中反应后的产物离心分离、洗涤后，得到固体置于烘箱中真空干燥12
‑
24h，干燥温度为50
‑
80℃，经研磨过筛，最终制得锂离子动力电池负极材料。6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的球磨为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：田永胜，
申请(专利权)人：田永胜，
类型：发明
国别省市：