[发明专利]一种锂离子电池用石墨/钛酸锂复合负极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用石墨/钛酸锂复合负极材料及制备方法，所述石墨/钛酸锂负极材料为在石墨类材料颗粒表面形成钛酸锂和有机裂解碳包覆层，形成以石墨类材料为内核、以钛酸锂与有机裂解碳包覆层为外壳结构的复合材料；其制备方法包括以下步骤：(1)将石墨类材料、钛酸锂、有机裂解碳碳源按照100：1‑10：1‑5的质量比加入至无机溶剂或有机溶剂中，混合，干燥；(2)将所得复合材料在惰性气体氛围保护下以1‑20℃/min的速率升温至600‑1050℃进行烧结，并保温1‑10h，即得；本发明中的石墨/钛酸锂复合负极材料可有效提高石墨类负极材料的安全性、倍率性能、循环性能和高低温性能，同时制备方法工艺简单可控、成本低廉，易于批量化工业生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种锂离子电池用石墨/钛酸锂复合负极材料及制备方法。

背景技术

碳质材料因具有较低的嵌锂电位、良好的循环性能、相对低廉的价格、环境友好等优势，被广泛应用于锂离子电池负极材料。其中，石墨类材料因在可逆放电比容量、首次充放电效率、电压平台、制造成本等方面的突出优势，是目前主流的负极材料品类，在未来一段时间内也仍将是锂离子电池负极材料的重要候选。但石墨类材料较低的嵌锂电位、易与电解液在表面形成SEI膜的特点，使得其在安全性和倍率性能方面有所欠缺。因而，需要对石墨类材料进行改性处理以提高其电化学性能。

钛酸锂材料具有较高的放电平台、较高的离子扩散系数、极低的体积膨胀、超长的循环寿命、良好的低温充放电性能，使得采用其作为负极材料的锂离子电池具有较高的安全性、倍率性和较宽的使用温度区间，因而在锂离子电池负极材料中占有一席之地。但是，钛酸锂材料较低的理论比容量(～175mAh/g)和较高的嵌锂电位(～1.5V)导致其能量密度偏低，极大地限制了其应用领域。使用钛酸锂材料对石墨类材料进行改性，使其兼具良好的安全性和倍率性能，是一种良好的改性途径。

目前，已有使用钛酸锂材料对石墨类材料进行改性的报道。申请号201210124713.X的国内发明专利公开了一种钛酸锂包覆改性的石墨复合负极材料及其制备方法与应用；申请号201410344991.5的国内发明专利公开了一种钛酸锂包覆经表面处理石墨的负极材料、制法及应用，该负极材料在经表面处理的石墨类基础负极材料颗粒表面上形成钛酸锂包覆层，以克服石墨类负极材料应用中析锂等安全方面问题，克服现有石墨类负极材料与电池体系在过高温度或过低温度下使用不匹配的缺陷，改进现有改性或修饰方法导致的钛酸锂颗粒团聚、石墨颗粒表面因各向异性引起包覆不均匀等问题；申请号为201710178160.9的国内发明专利公开了一种钛酸锂石墨复合负极材料的制备方法，通过机械混合、等静压融合、粉碎球化、高温烧结等手段将钛酸锂分布在石墨构成的三维导电网络中。然而，前两种方法都使用了较为复杂的溶胶凝胶工艺进行钛酸锂材料的制备及与石墨类材料的复合，难以实现钛酸锂材料在石墨材料表面的均匀包覆且在工业化批量生产中操作难度较大，不利于大规模生产；后一种方法则将钛酸锂材料置于复合材料结构的内部，无法充分利用钛酸锂的特性对石墨材料进行有效改性。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池用石墨/钛酸锂复合负极材料及制备方法，所述石墨/钛酸锂复合负极材料可有效提高石墨类负极材料的安全性、倍率性能、循环性能和高低温性能，同时制备方法工艺简单可控、成本低廉，易于批量化工业生产。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种锂离子电池用石墨/钛酸锂复合负极材料，所述石墨/钛酸锂负极材料为在石墨类材料颗粒表面形成钛酸锂和有机裂解碳包覆层，形成以石墨类材料为内核、以钛酸锂与有机裂解碳包覆层为外壳结构的石墨/钛酸锂复合材料；

用于制备所述石墨/钛酸锂复合负极材料的原料包括石墨类材料、钛酸锂、有机裂解碳碳源；所述石墨类材料、钛酸锂、有机裂解碳碳源的质量比为100：1-10：1-5。