[发明专利]一种用于锂电池负极的球形化钛硅碳复合陶瓷及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，公开了一种用于锂电池负极的球形化钛硅碳复合陶瓷及制备方法。包括如下制备过程：（1）将钛、硅、碳混合球磨制得混合物；（2）将混合物在直流脉冲电场下进行无氧高温烧结，制得Ti₃SiC₂/SiC六方相球形颗粒；（3）将Ti₃SiC₂/SiC颗粒与极板进行压制、粘结，制得锂电池负极材料。本发明制得的钛硅碳复合陶瓷与传统钛硅碳负极材料相比，通过在直流电场下产生的等离子体对颗粒尖端的刻蚀，促进颗粒转变为纳米球形颗粒，制得的负极颗粒形貌规则，具有较好的均匀性和流动性，有利于锂电池的性能提升。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，公开了一种用于锂电池负极的球形化钛硅碳复合陶瓷及制备方法。

背景技术

自1990年日本索尼公司率先推出第一款可充电型锂离子电池以来，经过近30年的发展，目前的锂离子电池已经广泛应用于电动汽车、电动自行车、备用电源、移动通讯装备等要求大容量或大倍率充放电的动力装置。随着市场的多元化，使其市场容纳量越来越扩大，而且期待其大规模应用于电动汽车、储能电站等用途方面。

锂电池的结构主要包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等，传统锂离子电池所使用的负极大多为碳基材料，主要为石墨，其优势在于价格低廉，原料广泛，加工性能好，对于各种锂离子电池具有普遍的适用性。但其缺点也较为突出，锂离子在石墨中的脱嵌较为困难，石墨本身的容量和电导率并不算特别高。

近年来研究发现，Ti₃SiC₂具有与石墨类似的结构，钛原子与碳原子形成八面体结构，与硅原子层共同形成六方结构，这种材料同时具有金属与陶瓷的优点，具有高导电性、高导热性和较好的加工性能，在用于锂离子电池负极上具有更加优异的性能。但传统的高温烧结制备的颗粒形貌不规则，不利于电池整体性能的提高。因此对于钛硅碳材料的形貌控制和工艺的改进具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201010574216.0公开了一种六方层状结构Ti₃SiC₂粉体的制备方法，通过采用一定粒度的钛粉、硅粉以及石墨粉为原料，按比例混合后依次进行球磨、除溶剂以及烧结等工序，制备一种具有六方层状结构的Ti₃SiC₂粉体，工艺简单、参数易控、生产周期短、能源消耗少、对环境无污染，适于工业化生产；所得Ti₃SiC₂粉体具有密度小、强度大、耐高温、抗氧化和导电导热性能优良等特点，可用于锂电池负极材料的制备。

中国发明专利申请号200910198406.4公开了一种Ti₃SiC₂基粉体的制备方法，具体过程为：（1）将钛粉和聚碳硅烷按照重量比0.71~2.48:1混合并溶于有机溶剂，搅拌烘干使其均匀混合；（2）对烘干的粉料低温裂解，温度为800~1200℃，保温时间0.5~2h，升温速度2~7℃/min，获得初步反应物；（3）对初步反应物高温处理，温度为1400~1600℃，保温时间0.5~2小h，升温速度2~7℃/min。根据原料组分重量比不同，获得Ti₃SiC₂基粉体材料。结果显示，钛粉基本转化为Ti₃SiC₂。相比传统方法，高纯Ti₃SiC₂粉体纯度较高，粒度较小，结晶度较高。

根据上述，现有方案中用于锂电池的钛硅碳负极材料，普遍存在因高温烧结工艺导致材料的颗粒形貌不规则，影响了电池整体性能的提高。

发明内容

目前应用较广的用于锂电池的钛硅碳负极材料，存在因高温烧结工艺导致材料的颗粒形貌不规则的缺陷，影响了电池整体性能的提高。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：