[發明專利]一種鋰離子電池錫鎳合金負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810025924.1
• 申請日: 2008-01-21
• 公開（公告）號: CN101237038A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 陳新麗;李偉善;譚春林
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/04;C25D3/02;C25D11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，特別涉及一種鋰離子電池錫鎳合金負極材料及其制備方法。

背景技術

目前，鋰離子二次電池已成為便攜式設備的重要能源。碳材料是目前商業化的鋰離子電池的負極材料，其理論容量為372mAh·g^-1，已難以滿足現在各種電子設備的小型化發展及電動汽車對大容量高功率化學電源的廣泛需求。因此對可替換現有碳負極的新型合金負極的研究越來越活躍。

鋰可與大多數金屬(Si，Sn，Sb等)可逆地形成合金。這些金屬可以作為鋰離子電池負極材料，其中研究得較多的是錫合金負極材料。錫基負極材料的儲鋰容量比碳材料高(理論容量為990mAh·g^-1)。研究中發現，鋰在錫微粒的嵌脫過程中，引起了錫微粒體積的膨脹和收縮，當鋰嵌入時，其體積可膨脹259％，這種膨脹和收縮容易導致錫簇結構的崩潰，從而使貯鋰容量迅速降低。金屬錫作為負極材料的應用受到了很大限制。因此目前許多研究者都致力于這種高儲鋰性能材料的改性與優化設計，為了克服巨大的體積效應，“活性/非活性”的金屬間化合物作為負極材料的思想受到廣泛關注。如采用超細合金及活性/非活性復合合金體系，主要包括Sn/Cu、Sn/Sb等等，上述體系多數采用熔煉合金法、機械合金法等制得合金粉末，然后采用聚四氟乙烯粘結涂覆的方法制備電極，然而金屬粉末與粘結劑的相溶性很差，涂覆的電極活性物質往往容易粉化脫落，導致電化學穩定性很差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種鋰離子電池錫鎳合金負極材料。

本發明的另一目的在于提供一種鋰離子電池錫鎳合金負極材料的制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種鋰離子電池錫鎳合金負極材料的制備方法，包括下述步驟：

(1)配制電鍍液，使每升電鍍液中各組分的加入量如下：SnCl·2H₂O?0.10～0.36mol，NiCl·6H₂O?0.09～0.35mol，K₄P₂O₇·3H₂O?0.5～1.5mol，甘氨酸(glycine)0.1～0.2mol；然后加入NH₄OH調節pH至7.5～8.5備用；

(2)將步驟(1)中配制好的電鍍液加入電鍍槽中，將錫片和鎳片連接在一起作為陽極，以銅箔片為陰極，在30～45℃、電流密度為0.05～0.15A·dm^-2的條件下電鍍5～10分鐘；

(3)將電鍍后的銅箔片洗凈干燥后截片即制得所述的鋰離子電池錫鎳合金負極材料。

所述步驟(1)中所配制的電鍍液中Sn²⁺和Ni²⁺的摩爾比為0.25～4∶1。

優選步驟(1)中所配制的電鍍液中Sn²⁺和Ni²⁺的總濃度為K₄P₂O₇·3H₂O濃度的1/2。

優選步驟(2)中銅箔片采用單面電鍍。

優選步驟(2)中是在30～45℃、電流密度為0.05～0.15A·dm^-2、超聲波輔助攪拌條件下電鍍5～10分鐘。

優選干燥為真空干燥。

由上述方法所制得的鋰離子電池錫鎳合金負極材料中含Ni₃Sn₄或NiSn亞穩定相，錫鎳合金作為活性物質，游離的鎳起分散和導電作用。

本發明利用電感偶合等離子體元素發射光譜儀(ICP-AES)測定所制備得到的鋰離子電池錫鎳合金負極材料中Sn和Ni的質量，從而計算出不同合金的錫含量。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及有益效果：

(1)本發明制備的鋰離子電池錫鎳合金負極材料，在充放電循環過程中，沒有嵌脫鋰活性的鎳從錫鎳合金中游離出來，并將放電后生成的錫鋰合金均勻分散，防止了脫鋰過程中大塊錫的團聚。

(2)本發明在電鍍制備過程中采用了超聲波輔助手段，使錫鎳鍍層消除了殘余機械應力，一定程度上有效避免了錫鎳合金在嵌脫鋰時的體積效應，提高了電極的循環性能。

(3)本發明工藝簡單，操作簡便，為工業化生產提供了條件，具有顯著的實用價值和經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明所制得的不同錫含量的鋰離子電池錫鎳合金負極材料和純鎳的XRD圖譜；