[发明专利]电池负极二氧化钛中间相碳微球复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极二氧化钛/中间相碳微球复合材料的制备方法，其包括在沥青球化过程中加入纳米级二氧化钛粉末及中间相碳微球中的一种或多种后经碳化制得。本发明还涉及通过上述方法制得的锂离子电池负极二氧化钛/中间相碳微球复合材料。本发明还涉及包括所述锂离子电池负极二氧化钛/中间相碳微球复合材料的电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及电池负极二氧化钛中间相碳微球复合材料及其制备方法。

本发明还涉及一种电池，其包括所述的锂离子电池负极二氧化钛/中间相碳微球复合材料。

背景技术

纳米二氧化钛氧化负极材料具有较高倍率性能、安全性能，但在充放电过程中较大的体积效应大大的削弱了其循环寿命，再者，纳米二氧化钛虽然具有优异的倍率性能但其比表面高首次效率低、加工性能差，中间相碳微球一直以来以其加工性能好、振实密度高而应用于锂离子电池负极材料，但由于其电位低在大电流充放电下容易产生锂晶枝刺穿隔膜而使电池短路内燃，造成安全隐患，如将二者有机的结合起来，利用中间相球的高振实、结构稳定性高的特性及纳米二氧化钛的大电流充放电能力，将纳米二氧化钛均匀的包覆在中间相碳微球内部，充分利用二者的协同效应，不失为一种合成高倍率、安全性高、长循环寿命锂离子电池用负极材料的解决方案。一方面包覆在碳微球内的纳米氧化物可以利用中间相的结构稳定性缓冲在充放电过程中造成的结构崩塌、体积膨胀效应，同时，包覆在中间相球内二氧化钛纳米颗粒避免了与电解液的直接接触，减小了副反应的发生，进而减少充放电循环过程中带来的不可逆容量损失，提高首次效率。

申请号为201110071827的专利公开了一种二氧化钛/碳复合纳米管的制备方法，制得的二氧化钛/碳复合纳米管循环稳定性好，倍率性能优异，但是比表面过高，能量密度低、加工性能差、不利于工业化电池极片工艺的制作。文献Characteristicsofmesocarbonmicrobeadsgeneratedfromacoaltarpitchwithadditionofmicro-aluminapowder报道了一种内含Al的中间相碳微球的制作方法，实验XRD证实生成的中间相碳微球中内部含有Al元素，但并未对其电化学性能进行进一步测试。申请号为201110112449.3报道了一种合成二氧化钛/碳的复合锂离子电池负极材料的制作方法，但该方法使用大量有机溶剂，安全性较差，不适宜大规模工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现了化学法合成了锂离子电池用二氧化钛与中间相复合的产物，客服了纳米二氧化钛作为锂离子电池负极材料比表面大，首效不高的缺点，及中间相碳微球大倍率下安全性较低的缺陷。

根据本发明的一个方面，其涉及一种锂离子电池负极二氧化钛/中间相碳微球复合材料的制备方法，包括以下的步骤：

步骤(1)：将低软化点沥青搅拌并加热至80～200℃，再将纳米二氧化钛、中间相碳微球中加入所述低软化点沥青中充分分散，同时加入一种或多种分散剂，充分搅拌1-3h；

步骤(2)：将步骤(1)中所得的反应液以1.5～4℃/min的升温速率逐渐升温至350～480℃，然后保温2h～12h；

步骤(3)：将步骤(2)中所得的化合物过滤，然后用喹啉、甲苯、四氢呋喃中的一种或多种溶剂洗涤1-6小时，然后再次过滤；

步骤(4)：将步骤(3)中所得的产物在60-200℃下干燥2-24h，得到初品；

步骤(5)：将步骤(4)中所得的初品以300-600目振动筛过筛后得到生球产物；

步骤(6)：将步骤(5)中所得的生球产物以1.5-4℃的升温速率在450-600℃空气或O2气氛下进行一次碳化2-6h，接着在700-1200℃下，空气或N2气氛下再次碳化2-12h，最后得到二氧化钛/中间相碳微球复合材料。