[发明专利]一种锂离子电池用核壳结构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结构负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硅粉、二氧化钛、碳酸锂和分散剂按质量比例加入到有机溶剂中，混合均匀后置于高速球磨机中，在惰性气体氛围下研磨得到复合浆料；

(2)将复合浆料置于反应器中，通入惰性气体和空气的混合气体，高温焙烧，二氧化钛和碳酸锂反应生产钛酸锂，然后将反应器中的物料取出并进行粉体机械整形，得到复合颗粒；

(3)将复合颗粒和石墨置于融合机中，纳米硅和钛酸锂均相分散在石墨颗粒表面，从而得到负极材料前驱体；

(4)将负极材料前驱体与有机裂解碳源进行均相复合，然后置于反应器中，在惰性气体氛围下高温烧结得到核壳结构的负极材料；

所述负极材料为核壳结构，内核为纳米硅、钛酸锂和石墨，外壳有机裂解碳层，纳米硅、钛酸锂和石墨自由分布在有机裂解碳层内部；所述纳米硅的粒径为5～300nm；所述钛酸锂的粒径为50～1000nm；所述石墨的粒径为1～50um；所述有机裂解层的厚度为0.1～20μm；

所述负极材料中：纳米硅的含量为5wt％～30wt％，钛酸锂的含量为5wt％～30wt％，石墨的含量为10wt％～70wt％，有机裂解碳层的含量为10wt％～50wt％；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；

所述步骤(1)中，硅粉:二氧化钛:碳酸锂:分散剂为1:(0.5～10):(0.5～10):(0.05～1)；所述的硅粉为高纯硅，纯度≥99.9％，中值粒径为1～15μm；所述的二氧化钛为锐钛型二氧化钛或金石型二氧化钛中至少一种；所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、乙烯基双硬脂酰胺、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种；所述的有机溶剂为呋喃、酰胺、醇和酮中至少一种；所述复合料浆的固含量为10wt％～80wt％；所述高速球磨机选自高速搅拌磨、行星式球磨机、管磨机和砂磨机中的一种；所述高速球磨机中的球磨珠的材质选自不锈钢、玛瑙、陶瓷、氧化锆和硬质合金中的一种，所述球磨珠的直径为1～10mm；球磨过程中，球料比为(10～200):1，球磨转速为50～2000rpm，球磨时间为1～50h；所述纳米硅的粒径为10～300nm；

所述步骤(2)中，先将复合浆料置于反应器中，通入惰性气体和空气按1:1混合的混合气体，保证反应器中的氧气含量为0.1～10％，以1.0～5℃/min的升温速度，升温到300～1000℃，焙烧时间1～5h，二氧化钛和碳酸锂反应生成钛酸锂，然后将反应器中的物料取出并进行粉体机械整形，调节粉碎强度为100～500Hz，除去大颗粒，得到中值粒径为10～15μm的复合颗粒；

所述步骤(3)中，将复合颗粒和石墨按(1～10):1的质量比混合，然后置于融合机中，调节转速为100～2000rpm，刀具间隙宽度为0.05～2cm，融合0.5～10h，使纳米硅和钛酸锂均相分散在石墨颗粒表面，得到负极材料前驱体；所述的石墨为天然石墨和人造石墨中的至少一种，粒径为1～50μm；

所述步骤(4)中，将所述负极材料前驱体与有机裂解碳源按(1～10):1的质量比混合，然后置于VC混合机中，调节频率为5～300Hz，混合30min以上，然后将VC混合机中的物料取出并置于反应器中，通入惰性气体，升温至500℃～1000℃，高温烧结0.5～10h，然后冷却至室温，得到核壳结构的负极材料；所述有机裂解碳源为沥青、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种，所述有机裂解碳源的粒径为1～20μm；

所述惰性气体为氮气、氦气、氖气和氩气中的至少一种；

所述反应器为真空炉、箱式炉、回转炉、辊道窑、推板窑和管式炉中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于：所述负极材料的粉体压实密度为0.5～2g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于：所述高速球磨机为砂磨机。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于：所述纳米硅的粒径为10～200nm。