[发明专利]碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池。该制备方法包括：以钛源和铌源为原料进行第一煅烧过程，得到第一煅烧产物，第一煅烧过程的温度为800～1200℃；将硅源、第一煅烧产物及碳源进行第二煅烧过程，得到碳包覆硅基钛铌复合材料，第一煅烧过程的温度为500～1000℃；其中，钛源选自锐钛型二氧化钛、锐钛型二氧化钛水合物硅粉和氧化亚硅中的一种或多种，铌源为五氧化二铌，硅源为硅粉或氧化亚硅，碳源为碳氢化合物。采用上述方法制得的碳包覆硅基钛铌复合材料在充放电过程中具有较小的体积效应，较高的循环性能，同时上述制备方法还具有工艺简单、无污染、可重复性高及可规模性生产等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体而言，涉及一种碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

硅是目前已知比容量最高(4200mAh/g)的锂离子电池负极材料。与传统的石墨负极材料相比，硅的重量比容量极高，是天然石墨的十多倍；相比于金属锂，由于硅在合金材料中的堆积密度与锂相近，因此硅还具有很高的体积比容量；同碳材料相比，硅有更高的脱嵌锂电位，有效避免了大倍率充放电过程中锂的析出，从而提高了电池的安全性。基于以上优点，硅材料被认为是最具有应用潜力的新一代高能量锂离子电池负极材料。

由于硅在充放电过程中表现出剧烈的体积效应(＞300％)，硅电极材料会出现粉化而从集流体上剥落，使活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层(SEI)，最终会导致电化学性能的恶化，这是硅材料成为商品化负极材料的最大障碍。

鉴于上述问题的存在，有必要需要提供一种提高锂离子电池中硅材料在充放电过程中稳定性的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池，以解决锂离子电池中硅材料在充放电过程中稳定性较差的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种碳包覆硅基钛铌复合材料的制备方法，该制备方法包括：以钛源和铌源为原料进行第一煅烧过程，得到第一煅烧产物，第一煅烧过程的温度为800～1200℃；将硅源、第一煅烧产物及碳源进行第二煅烧过程，得到碳包覆硅基钛铌复合材料，第二煅烧过程的温度为500～1000℃；其中，钛源选自锐钛型二氧化钛、锐钛型二氧化钛水合物硅粉和氧化亚硅中的一种或多种，铌源为五氧化二铌，硅源为硅粉或氧化亚硅，碳源为碳氢化合物。

进一步地，第一煅烧过程中，钛源中钛元素和铌源中铌元素的摩尔数之比为1:(0.5～6)，优选为1:(1～5)。

进一步地，在进行第一煅烧过程之前，该制备方法还包括：在惰性气氛下，将原料与第一溶剂混合后进行第一湿法研磨，得到第一浆料；将第一浆料进行第一干燥后，再进行第一煅烧过程，得到第一煅烧产物；优选地，第一湿法研磨过程中，第一浆料的固含量为10～30％，第一浆料中的固体颗粒物的粒度D50≤0.8μm，研磨电量为5～15kwh/kg。

进一步地，第一干燥过程采用的干燥装置选自烘箱烘干或喷雾干燥，优选地，干燥过程在喷雾干燥装置中进行，且喷雾干燥装置的进口温度为200～300℃，出口温度为60～150℃，气流量为4.8～8.8mL/min。

进一步地，第一煅烧过程的温度为900～1100℃，煅烧时间为4～16h。

进一步地，碳源选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸和酚醛树脂中的一种或多种。