[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，其特征在于：所述负极材料为核壳结构，内核为纳米硅、纳米钛酸锂和氧化石墨烯纳米片，其中纳米硅附着在钛酸锂颗粒的表面，附着有纳米硅的钛酸锂颗粒均匀分布在氧化石墨烯纳米片之间，外壳为有机裂解碳层；所述纳米硅的中值粒径为5～100nm；所述纳米钛酸锂的中值粒径为1～500nm；所述氧化石墨烯纳米片的厚度为1～100nm；所述有机裂解层的厚度为0.1～5μm。

2.根据权利要求1所述锂离子电池用核壳结构负极材料，其特征在于，所述负极材料中：纳米硅的含量为5wt％～40wt％，钛酸锂的含量为5wt％～40wt％，氧化石墨烯纳米片的含量为1wt％～20wt％，有机裂解碳层的含量为10wt％～60wt％；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，优选0.5～2g/cm³。

3.一种如权利要求1和2所述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)将钛酸锂粉末置于球磨机中球磨，制得纳米级钛酸锂颗粒；

(2)利用CVD沉积法，将纳米硅沉积在步骤(1)制得的纳米级钛酸锂颗粒上，得到负极材料前驱体一；

(3)制备氧化石墨烯纳米片悬浮液；

(4)将步骤(2)制得的负极材料前驱体一加入到步骤(3)制得的氧化石墨烯纳米片悬浮液中，经高速分散后得到复合浆料，再进行雾化干燥，得到负极材料前驱体二；

(5)将步骤(4)制得的负极材料前驱体二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。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中：所述的钛酸锂粉末的中值粒径是1～50μm，纯度≥99.9％；所述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，优选为砂磨机；所述的球磨设备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；所述纳米级钛酸锂颗粒的中值粒径为1～500nm。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的纳米钛酸锂颗粒加入到CVD炉内胆中，通入惰性气体排除CVD炉内空气，直至氧含量≤300ppm，然后以1.0～5℃/min的升温速度，升温到400～1000℃，焙烧时间1～8h后，再持续通入有机硅源气体进行化学气相沉积，化学气相沉积时间0.5～5h，有机硅源气体流量为1～10L/min，然后恒温烧结1～5h，使纳米硅颗粒均匀的沉积在纳米级钛酸锂颗粒上，得到负极材料前驱体一；

其中，所述的有机硅源气体为硅烷，二氯二氢硅，三氯硅烷，四氯化硅，四氟化硅中的一种或两种以上的组合；所述惰性气体为氮气、氦气、氖气和氩气中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池用核壳结构负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：在冰水浴的条件下，将石墨加入到浓硫酸和浓硝酸的混合液中，搅拌均匀，然后加入高锰酸钾，升温至50～200℃，搅拌反应1～20h，使石墨被完全氧化，生成氧化石墨，再将双氧水加入到氧化石墨溶液中直到不再有气体产生，除去未反应的高锰酸钾，并用去离子水清洗1～10遍，最后将清洗后的溶液进行超声剥离，制得氧化石墨烯纳米片悬浮液；

其中，混合液中浓硫酸和浓硝酸混合的体积比为1:1；所述每克石墨对应需要10～40mL混合液；所述石墨与高锰酸钾的质量比是1:(1～5)；所述氧化石墨烯纳米片的厚度为1～100nm。