一种负极复合材料及其制备方法、负极片以及二次电池技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。子电池的放电性能及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极复合材料及其制备方法、负极片以及二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：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。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]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。
[0007]作为本专利技术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。
[0008]本专利技术的目的之二在于：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。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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。
[0014]作为本专利技术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。
[0015]作为本专利技术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。
[0016]作为本专利技术一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述碳球的制备方法包括以下步骤：将植物纤维加入酸溶液中加热酸化，洗涤，在惰性气体环境下加热煅烧得到碳球。
[0017]本专利技术的碳球使用植物纤维为原料，以酸碱溶液水热处理下的微纳植物纤维会更高，制备出的微纳碳球更致密。而且，常规的商用微纳尺寸的碳球石墨，主要通过整形设备打磨，采用的是先进的加工工艺，且原来多以天然鳞片石墨作为原材料，这类的资源越来越少，故成本更高。植物纤维为天然纤维，天然植物纤维具有可自然降解，环保，价格优廉等优点，剑麻属于热带天然植物的一种，大量产于广西地区，其纤维因具备质地坚硬，抗酸碱，耐腐蚀等性能常用于渔业，运输业、纺织业，近十年以来因青睐其含量丰富、成本低、形貌可塑，研究领域对其在锂电行业的研究积累逐渐上升。
[0018]作为本专利技术一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述植物纤维与酸溶液的比例为30g/L～80g/L，加热酸化的温度为150～200℃，酸化时间为8～16h，加热煅烧的温度为500～800℃，煅烧时间为5～10h。
[0019]作为本专利技术一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述植物纤维为甘蔗杆、剑麻纤维、稻草杆中的一种或者几种。天然植物纤维具有可自然降解，环保，价格优廉等优点，剑麻属于热带天然植物的一种，大量产于广西地区，其纤维因具备质地坚硬，抗酸碱，耐腐蚀等性能常用于渔业，运输业、纺织业，近十年以来因青睐其含量丰富、成本低、形貌可塑，研究领域对其在锂电行业的研究积累逐渐上升。
[0020]作为本专利技术一种负极复合材料的制备方法的一种改进，酸溶液为盐酸、硫酸、磷酸的一种或者几种，酸溶液的浓度为2mol/L～6mol/L。
[0021]作为本专利技术一种负极复合材料的制备方法的一种改进，所述含氮化合物为尿素、三聚氰胺、硫脲中的一种或者几种。
[0022]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极片，具有良好循环稳定性和导电性。
[0023]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0024]一种负极片，所述包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括上述的负极复合材料。
[0025]在一些实施例中，负极活性材料层设置于负极集流体的一表面；在一些实施例中，负极活性材料层设置于负极集流体的两侧表面。负极集流体为铝箔、铜箔或铜合金箔片中的一种。
[0026]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有较高的充放电平台，稳定性好，循环性能好。
[0027]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0028]一种二次电池，包括上述的负极片。具体地，一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，壳体用于装设所述正极片、负极片、隔膜和电解液，所述负极片为上述的负极片。具体地，二次电池为锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池中的一种，优选地，二次电池为锂离子电池。
[0029]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术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充放电性能及循环性能。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式和对比例，对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极复合材料，其特征在于，包括碳球和包覆在所述碳球表面的二氧化钛和氮。2.根据权利要求1所述的负极复合材料，其特征在于，所述碳球的直径为0.0001nm～1000μm。3.一种负极复合材料的制备方法，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的负极复合材料的制备方法，其特征在于，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。5.根据权利要求3所述的负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中加热煅烧的温度为300～600℃，煅烧时间为5～8h。6.根据权利要求3所述的负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳球的制备方法包括以下步骤：将植物纤维加入酸溶液中加热酸化，洗涤，在惰性气体环境下加热煅烧得到碳球。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫子琳，陈杰，杨山，李载波，项海标，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：