[發(fā)明專利]鋰離子電池非晶態(tài)錫鉛復(fù)合氧化物負(fù)極材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810207235.2
• 申請(qǐng)日: 2008-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN101442116A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁正勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 孫 健;吳錦偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬鋰離子電池負(fù)極材料的制備領(lǐng)域，特別是涉及鋰離子電池非晶態(tài)錫鉛復(fù)合氧化物負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷提高，人們對(duì)化學(xué)電源特別是二次電池的用量和質(zhì)量提出了更高的要求。而鋰離子電池具有高能量、長(zhǎng)壽命、低成本、污染小等特點(diǎn)，使得它在新興的高技術(shù)便攜式電子產(chǎn)品如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、無繩電動(dòng)工具和攝象機(jī)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，并在國(guó)防工業(yè)、電動(dòng)汽車、空間技術(shù)等方面展示了廣闊的應(yīng)用前景和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益。

鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，以材料技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)和動(dòng)力，在歷史上，正是由于嵌鋰負(fù)極的應(yīng)用促進(jìn)了鋰離子電池迅速進(jìn)入實(shí)用。目前商業(yè)化的鋰離子電池多是以石墨作為負(fù)極材料，但是石墨的理論比容量較低，只有372mAh/g，而且它的密度也比較小，此外，當(dāng)充放電電位達(dá)到0V或更低時(shí)，石墨電極上有鋰沉積出來，存在安全隱患。所以研究開發(fā)質(zhì)量比容量和體積比容量都比較高、安全性能好的負(fù)極材料，是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展、特別是新型鋰動(dòng)力電池發(fā)展的必然要求。

與傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料相比，錫基氧化物貯鋰材料具有較高的能量密度，清潔無污染，安全性能好，原料來源廣泛，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是金屬氧化物類負(fù)極材料中極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N負(fù)極材料。因此，近年來人們對(duì)這類材料開展了廣泛的研究。

Courtney(J.Electrochem.Soc.1997，144：2045)等研究了錫基氧化物的嵌鋰機(jī)理，錫基氧化物與鋰的反應(yīng)分兩步進(jìn)行，首先，錫氧化物被還原生成金屬錫微粒，同時(shí)生成非晶態(tài)的Li₂O，分布在金屬錫微粒周圍；然后，鋰離子與金屬錫微粒反應(yīng)，形成鋰錫合金。當(dāng)鋰與錫形成合金時(shí)，金屬錫顆粒的體積發(fā)生很大的膨脹，其體積增加值可達(dá)259％，當(dāng)鋰完全脫出時(shí)，其體積又縮小到原來的值。這種膨脹與收縮容易引起錫微粒之間團(tuán)聚，從而引起金屬錫結(jié)構(gòu)崩潰，使貯鋰容量和循環(huán)性能迅速降低。非晶態(tài)的Li₂O或其他非活性物質(zhì)的存在，能減少由于金屬錫微粒體積變化而引起的團(tuán)聚。研究表明，降低錫基氧化物的粒子尺寸、制備非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的錫基氧化物，都有利于提高貯鋰容量和循環(huán)壽命。

與錫一樣，鉛也可以與鋰形成合金，因此，鉛化合物可以作為鋰離子電池負(fù)極材料。研究表明，鉛化合物的貯鋰機(jī)理與錫氧化物是一致的(Z.Liu，J.M.Lee.J.Power?Sources2001，97-98：247)，當(dāng)Pb₃(PO₄)₂負(fù)極在0～1.4V(vs.Li)范圍內(nèi)循環(huán)時(shí)，在第一周放電過程中，Pb₃(PO₄)₂被還原成金屬鉛，同時(shí)有Li₃PO₄生成，這是一個(gè)不可逆的過程；隨著電位的進(jìn)一步降低，Pb可與Li形成Li_xPb合金，在充電過程中，Li_xPb合金可逆地放出Li，從而實(shí)現(xiàn)貯鋰性能。

目前，錫鉛復(fù)合氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料在文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。研究一種低成本、低能耗、高貯鋰性能的錫鉛復(fù)合氧化物負(fù)極材料的合成方法對(duì)促進(jìn)錫基材料在鋰離子電池中的實(shí)際應(yīng)用具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的鋰離子電池非晶態(tài)錫鉛復(fù)合氧化物負(fù)極材料的制備方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，而且合成的錫鉛復(fù)合氧化物為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸為納米級(jí)。所具有的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和納米級(jí)粒子尺寸都有利于提高錫鉛復(fù)合氧化物的貯鋰容量和循環(huán)壽命。

本發(fā)明的鋰離子電池非晶態(tài)錫鉛復(fù)合氧化物負(fù)極材料的制備方法，包括：

(1)稱取可溶性錫酸鹽和鉛化合物，分別溶解在蒸餾水中，均配制成溶液，將兩種溶液按Sn/Pb原子比為0.8～1.2進(jìn)行配比混合，并不停的攪拌，將產(chǎn)生沉淀過濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌干凈，置于烘箱中充分干燥，得到固體粉末前驅(qū)物；

(2)將前驅(qū)物在惰性保護(hù)氣氛下，在馬福爐中以1～20℃/min的升溫速度升到200～600℃，保溫0.5～8小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到室溫。

所述步驟(1)錫酸鹽和鉛化合物在水或酸性溶液或堿性溶液中具有可溶性。

所述步驟(1)或(2)錫鉛復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，顆粒尺寸為納米級(jí)。

有益效果