[发明专利]锂离子电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。锂离子电池负极材料包括硅基基材和包覆在硅基基材表面的钛基化合物包覆层，钛基化合物包覆层中掺杂有石墨烯和类石墨结构。本发明上述锂离子电池负极材料，钛基化合物包覆层能够减少硅基基材的表面缺陷，从而减少高温下锂离子电池负极材料与电解液的副反应，同时钛基化合物具备良好的热稳定性，能够大大提高锂离子电池负极材料的高温稳定性；石墨烯和类石墨结构能够提高锂离子电池负极材料的导电性，从而使锂离子电池负极材料的首次库伦效率和首次放电容量有所提高，降低了锂离子电池负极材料的阻抗和充放电过程中的发热量，从而提高锂离子电池负极材料的高温存储性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着高性能储能设备的需求不断增长，能源领域特别是锂离子电池吸引了人们的广泛关注。工业上广泛应用的锂离子电池负极材料是石墨碳材料。石墨负极材料具有优异的导电性、良好的化学稳定性，是作为锂离子电池活性材料的理想碳基体。目前90％的锂离子电池负极材料都是采用石墨负极，石墨负极具有高电导率和稳定性的优势，但当下的发展已接近其比容量的理论最大值—372mAh/g。实验研究发现，硅是目前理论容量最大的负极材料，锂在硅中形成Li4.4Si时，比容量高达4200mAh/g，远远高于石墨的理论容量，且硅具有低嵌锂电位和低成本的优势。因此，硅基负极有望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。

硅基负极材料作为锂电池负极方面的应用越来越广泛，在动力类、3C数码和储能类负极材料方面占比都呈现逐年提高的趋势，尤其是储能领域，有着广阔的应用前景。随着储能市场的逐步扩大，硅基负极材料的用量将呈现爆发性增长的趋势。目前，对硅基负极材料的研究主要集中在硅碳负极材料和硅氧负极材料，然而，两者本身的导电性都比较差，材料容量和首效比较低，高温存储性能一般，限制了其在储能领域的大规模应用。目前的研究主要通过碳包覆的方式来减少表面缺陷，提高材料容量、首效、高温存储等其他方面的性能。然而，单纯通过表面碳层包覆修饰会在硅基负极材料表面引入额外的官能团，加剧负极材料在高温条件下和电解液的副反应，加速电解液的消耗，从而使循环性能降低。因此亟需通过其他途径来提高硅基负极材料的高温存储性能。

发明内容

基于此，有必要针对如何提高硅基负极材料的高温存储性能的问题，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。

一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料包括硅基基材和包覆在所述硅基基材表面的钛基化合物包覆层，所述钛基化合物包覆层中掺杂有石墨烯和类石墨结构。

应用本发明技术方案的上述锂离子电池负极材料，钛基化合物包覆层能够减少硅基基材的表面缺陷，从而减少高温下锂离子电池负极材料与电解液的副反应，同时钛基化合物具备良好的热稳定性，能够大大提高锂离子电池负极材料的高温稳定性；进一步地，石墨烯和类石墨结构能够提高锂离子电池负极材料的导电性，从而使锂离子电池负极材料的首次库伦效率和首次放电容量有所提高，降低了锂离子电池负极材料的阻抗和充放电过程中的发热量，减少了高温下电解液的消耗，从而提高锂离子电池负极材料的高温存储性能。

在其中一个实施例中，所述硅基基材选自氧化亚硅、纳米硅与硅碳中的至少一种。这些种类的硅基基材用于锂离子电池负极材料，有利于得到比容量较大的负极材料。

在其中一个实施例中，所述硅基基材的粒径为50nm～20μm。进一步优选地，硅基基材的粒径为1μm～8μm。

在其中一个实施例中，所述锂离子电池负极材料的中值粒径为1μm～30μm。进一步优选地，锂离子电池负极材料的中值粒径为3μm～10μm。

一实施方式的锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

将石墨烯、钛源与有机溶剂混合均匀，得到分散液；

向所述分散液中加入硅基基材，充分混合之后进行干燥处理，得到干燥后的粉末；以及