[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有质量轻、比容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，在手机、笔记本电脑、数码相机、电动车等产品中得到广泛应用。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有至关重要的影响。石墨类碳材料的理论比容量为372mAh/g，现有技术所制备的石墨类碳材料的实际比容量与理论比容量非常接近，且石墨类碳材料具有优异的倍率性能和循环性能，目前已被商业化用作锂离子电池负极材料。但石墨类碳材料的制备工艺复杂，成本高。

现有技术中，常见的负极材料还有无定形碳、合金基材料和Si基材料，但上述负极材料的制备工艺均较为复杂，成本高，且循环性能不稳定，如无定形碳没有稳定的充放电平台，电池的工作电压不稳定；合金基材料虽然具有较高的理论比容量，但循环性能差；Si基材料作为负极时，锂离子嵌入脱出过程中材料体积变化大，结构易破坏，循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池，本发明提供的制备方法所得的锂离子电池负极材料具有优异的循环性能，同时该制备方法具有成本低、操作简单的优势。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将Ti₃SiC₂在无氧条件下进行球磨，得到锂离子电池负极材料。

优选的，所述无氧条件为真空或惰性气体氛围。

优选的，所述球磨采用的磨球粒径为0.2～10mm。

优选的，所述球磨的球料比为10～30:1。

优选的，所述球磨的转速为300～800rpm，所述球磨的时间为5～30h。

优选的，所述球磨后还包括如下步骤：

将球磨所得物料分散于水中，经离心后，得到上清液；将所述上清液干燥，得到锂离子电池负极材料。

优选的，所述离心的转速为500～3000rpm，所述离心的时间为1～5min。

本发明还提供了由上述制备方法得到的锂离子电池负极材料，由SiC和钛碳化合物组成。

优选的，所述锂离子电池负极材料的粒径为10～1500nm。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括锂正极、电解液和负极，所述负极包括上述技术方案所述的锂离子电池负极材料。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，将Ti₃SiC₂在无氧条件下进行球磨，得到锂离子电池负极材料。本发明通过球磨使Ti₃SiC₂分解为SiC和钛碳化合物，所得SiC和钛碳化合物之间易于形成异质结，从而使SiC和钛碳化合物能够发挥协同作用，提高了锂离子电池负极材料的电化学性能。实验结果表明，按照本发明所提供的制备方法得到的锂离子电池负极材料的首圈放电比容量可达373mAh/g，在电流密度为100mA/g时，测试其循环性能，循环200圈后，其充放电比容量不仅没有下降，反而有上升趋势，说明本发明所提供的制备方法所得锂离子电池负极材料具有优异的循环性能；倍率性能测试的结果显示，在电流密度为100mA/g时，所述锂离子电池负极材料的充放电比容量为190mAh/g，逐渐增大电流密度，负极材料的充放电比容量逐渐下降，在电流密度增大至1800mA/g时，其充放电比容量为71mAh/g，当电流密度重新回到100mA/g时，其充放电比容量又回复至190mAh/g，充放电比容量的恢复率可达100％。

此外，本发明所提供的锂离子电池负极材料的制备方法具有成本低、无污染、工艺简单、适合批量生产的优势。

附图说明

图1是实施例1所得锂离子电池负极材料的XRD表征图；

图2是实施例1所得锂离子电池负极材料的SEM图；

图3是实施例2所得锂离子电池负极材料的SEM图；

图4是实施例3所得锂离子电池负极材料的SEM图；

图5是实施例4所得锂离子电池负极材料的SEM图；

图6是实施例5所制备的锂离子电池的充放电循环性能图；

图7是实施例5所制备的锂离子电池的倍率性能图。

具体实施方式

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：