[发明专利]一种锂离子电池用核壳负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，其核包括纳米硅、钛酸锂和碳纳米管，纳米硅通过CVD沉积法生长在钛酸锂颗粒上，碳纳米管穿插于沉积有纳米硅的钛酸锂颗粒形成的空隙网络中，壳为有机裂解碳层；

纳米硅的粒径为5~300nm；

钛酸锂的粒径为50~1000nm；

碳纳米管的管径为1~100nm，长度为0.1~20μm；

有机裂解层的厚度为0.1~10μm。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料中含有5wt%～50wt%的纳米硅，5wt%～50wt%的钛酸锂，1wt%～30wt%的碳纳米管，10wt%～70wt%的有机裂解层。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池用核壳负极材料，其特征在于，所述负极材料的中值粒径为1～30μm，所述负极材料的比表面积为1～30m²/g，所述负极材料的粉体压实密度为0.1～2.5g/cm³。

4.一种权利要求1至3任一项所述的锂离子电池用核壳负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）将二氧化钛和碳酸锂通过球磨混合均匀，然后加入至反应器中高温烧结，得到钛酸锂粗颗粒；

（2）将步骤（1）得到的钛酸锂粗颗粒进行机械整形，得到粒度分布集中，形貌规整的钛酸锂细颗粒；

（3）利用CVD沉积法，将纳米硅沉积在步骤（2）中得到的钛酸锂细颗粒上，得到负极材料前驱体一；

（4）将步骤（3）得到的负极材料前驱体一、碳纳米管和分散剂加入到溶剂中预分散，再经高速分散机中高速分散后得到复合浆料；

（5）将步骤（4）中的复合浆料通过喷雾干燥和粉体加工后，得到负极材料前驱体二；

（6）碳包覆：将步骤（5）中得到的负极材料前驱体二与有机裂解碳源进行均相复合后，置于反应器中，通惰性气体保护，高温烧结，得到核壳结构负极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛或金红石型二氧化钛；球磨所使用的设备选自高速搅拌磨、行星式球磨机、管磨机和砂磨机中的一种；球磨过程中的球磨珠的材质选自不锈钢、玛瑙、氧化锆、硬质合金中的一种；球磨珠的直径为1～10mm，球料比为 (10～200):1，球磨转速为50～2000rpm，球磨时间为1～50h；反应器为真空炉、箱式炉、回转炉、辊道窑、推板窑或管式炉；所述碳酸锂颗粒的中值粒径为1～100μm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的机械整形包括粉碎和分级，具体工艺步骤为：将步骤（1）中得到的钛酸锂经粉碎机处理，调节粉碎强度为10～200Hz，除去大颗粒，控制粒度为1～15μm，再将粉料加入至分级机中，调节分级强度为10～200Hz，进一步控制粒度为1～10μm，除去粒度较大的部分，保留细粉，得到粒度分布集中，形貌规整的钛酸锂细颗粒。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的CVD沉积法的具体工艺步骤为：将步骤（2）中得到的钛酸锂细颗粒加入到CVD炉中，通入氮气排除空气至氧含量低于 300ppm，然后以 1.0～5℃/min 的升温速度，升温到 400～1000℃，焙烧时间 1～8h，期间通入有机硅源气体进行化学气相沉积 0.5～5h，流量为 1～10L/min，接着恒温烧结 1～5h，使纳米硅均匀的沉积在钛酸锂颗粒上，得到负极材料前驱体一；所述有机硅源气体为硅烷、二氯二氢硅、三氯硅烷、四氯化硅和四氟化硅中的至少一种。