[发明专利]一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和化学电源技术领域，具体涉及锂离子电池的负极复合材料及其制备方法。

背景技术

根据日美欧的市场预测，2010年后车用电池将以锂离子电池组为主，但是锂离子电池的高功率特性和安全性问题有待解决。针对锂离子动力电池的发展要求，客观上要求负极材料具有高容量、快速率充放电、高热稳定性和低造价等特点。

目前实际应用较多的负极材料有炭材料，如天然石墨、石墨化中间相炭微球(MCMB)、沥青焦等；也有非炭材料，如过渡金属氧化物为TiO₂，V₂O₃，LiTi₂O₄，Li₄Ti₅O₁₂；锡基或硅基氧化物，如SnO，或者SnO₂，或者SiO，或者SiO₂。

为适应锂离子动力电池的发展要求，急需解决石墨类材料与电解液的相容性、可逆容量、快速充放电能力以及循环寿命的难题，现有锂离子电池负极材料及其制备方法，如公开号为CN 1585172A的“锂离子电池石墨负极材料及其制备方法”的专利发明了在石墨颗粒的表面包覆一层沥青，然后在800-1500℃进行炭化处理，经粉碎、筛分得到一种具有核壳结构的石墨负极材料。此项发明专利在石墨的表面包覆了一层碳，提高了首次循环效率和循环稳定性，但是负极材料的快速充放电能力和放电容量没有得到显著改善。公开号为CN 1812168A的“一种锂离子电池负极材料改性方法”的专利在于：利用化学反应，在现有负极材料的表面上原位生长纳米碳纤维/碳管，制成改性复合材料。其方法是将负极材料与催化剂混合，在碳氢化合物与缓冲气氛中、在反应炉内、在温度为600-1300℃经1-900分钟的反应，得到一种在表面原位生长纳米碳纤维/碳管的改性复合负极材料。但是，该发明制备出的碳纳米纤维或碳纳米管在负极材料表面的分布均匀性和浓密程度得不到有效控制，由于碳纳米纤维/碳纳米管的长径比大并且粗细不均匀，显著降低了负极材料的首次循环效率和循环稳定性；另外，该该发明制备出的碳纳米纤维或碳纳米管的石墨化度低，导电性差，导致负极材料的高功率特性和快速充放电能力差等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有锂离子电池负极材料及其制备方法的不足之处，提供一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法，该方法具有生产成本低、节能降耗，碳纳米管或碳纳米纤维在负极材料的表面上具有优良的分布均匀性和浓密程度，该发明从根本上改变碳纳米管或碳纳米纤维与负极活性物质的结合方式，解决了碳纳米管或碳纳米纤维的分散性问题，显著提高了负极材料的高功率特性和循环效率，特别适用于电动车用锂离子动力电池的发展要求。

实现本发明目的的技术方案是：一种锂离子电池负极复合材料的组分及其质量百分数如下：

负极物质为80～99wt.％

碳纳米管或碳纳米纤维为1～20wt.％

其中：负极材料为炭材料、过渡金属氧化物、锡基或硅基氧化物的1种或2种，平均粒径为0.1-50微米。当负极材料为2种时，2种负极材料的质量比为1∶1～10，所述炭材料为天然石墨，或者人工石墨，或者沥青焦，或者碳纤维，或者无定形碳；所述过渡金属氧化物为LiTi₂O₄，或者Li₄Ti₅O₁₂，或者TiO₂，或者V₂O₃；所述锡基或硅基氧化物为SnO，或者SnO₂，或者SiO，或者SiO₂；

碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

一种锂离子电池负极复合材料的制备方法是：采用化学气相沉积工艺在负极材料的表面上原位生长出碳纳米管或碳纳米纤维，即先将催化剂均匀负载在负极材料的表面上，然后在高温条件下、在碳氢混和气氛中进行化学气相沉积而得到最终产品。具体方法步骤如下：

(1)制备负极材料与催化剂的混和溶液

先按照负极材料：催化剂的质量比为100∶0.1～10的配比，将负极材料和催化剂混合加入在溶剂中，搅拌均匀后制成浓度为0.01～10g/ml混和溶液；