[发明专利]一种负极复合材料及其制备方法、负极片以及二次电池

说明书

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种负极复合材料及其制备方法、负极片以及二次电池，包括碳球和包覆在所述碳球表面的二氧化钛和氮。本发明的一种负极复合材料，二氧化钛能够提高充放电平台，增加材料结构稳定性，减少锂枝晶现象，提高安全问题，而且掺杂了氮元素，提升材料导电能力和稳定性，极大提高锂离子电池的放电性能及循环性能。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种负极复合材料及其制备方法、负极片以及二次电池。

背景技术

锂离子电池是新能源技术发展的一个重要方向，随着新能源技术的迅猛发展，其对锂离子电池的性能要求越来越高，比如高比容量、长循环、高安全性等。负极材料作为锂离子电池中的关键主材，备受关注与重视。目前，商用化的负极材料石墨虽具备成本低廉、来源丰富、电性能较为稳定等优势，然而，石墨的理论容量即便做到极限值，也无法满足如今消费类电池亟需的超级快充、超高能量密度需求，另一方面，由于石墨的充放电平台较低，嵌锂电压低，容易形成锂枝晶现象，从而加大成品电池的安全隐患。

二氧化钛由于具备充放电电压区间较高(1-3V)，结构稳定(不易形成固态电解质膜)，储能丰富价格低廉等优势，成为传统负极石墨的潜力替代材料之一，但是，二氧化钛的导电能力较差。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极复合材料，二氧化钛能够提高充放电平台，增加材料结构稳定性，减少锂枝晶现象，提高安全问题，而且掺杂了氮元素，提升材料导电能力和稳定性，极大提高锂离子电池的充放电性能及循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极复合材料，包括碳球和包覆在所述碳球表面的二氧化钛和氮。碳球位于中间层作为主要的负极材料，外层包覆有二氧化钛以及掺杂有氮元素，二氧化钛能够提高碳材料的充放电平台，对碳材料掺杂氮能够提高碳材料的导电性，同时，二氧化钛和氮能够协同提高材料结构稳定性，从而提高电池的电化学性能和循环性能。

作为本发明一种负极复合材料的一种改进，所述碳球的直径为0.0001nm～1000μm。设置碳球的尺寸为微纳尺寸，微纳尺寸的碳球相比常规不规则形状且大尺寸的碳材料，可以减少不规则形状带来的副作用，在材料端上的振实和首效都有一定的优势，小尺寸的球形碳球拥有更高的结晶度、嵌锂容量、充放电的电位更加平坦。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极复合材料的制备方法，采用煅烧复合法制备氮掺杂微纳双球负极材料，提高了复合材料的导电能力和稳定性，也提高了锂离子电池的放电性能和循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将碳球、二氧化钛颗粒以及含氮化合物混合球磨得到预处理材料；

步骤S2、将预处理材料在惰性气体环境下加热煅烧得到负极复合材料。

二氧化钛颗粒为纳米尺寸，与微纳尺寸的碳球复合形成复合材料体积小，有利于材料的加工性能。其中，球磨工序采用2种或者2种以上不同尺寸的锆珠进行球磨，优选地，锆珠尺寸有1～6mm、6～10mm、10～20mm，公转200～400rpm/min，自转500～1000rpm/min。采用2种或者2种以上不同尺寸的锆珠进行球磨能够研磨更充分，使制备出的复合材料更细。

作为本发明一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述步骤S1中碳球、二氧化钛颗粒以及含氮化合物的质量份数比为10～20:1～5:1～10。

作为本发明一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述步骤S2中加热煅烧的温度为300～600℃，煅烧时间为5～8h。