[發明專利]一種用于鋰離子二次電池的負極材料及其制備方法有效

申請號：	201210135889.5	申請日：	2012-05-04
公開（公告）號：	CN102646820A	公開（公告）日：	2012-08-22
發明（設計）人：	楊化濱;周倩	申請（專利權）人：	南開大學
主分類號：	H01M4/38	分類號：	H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/1393;H01M4/1395
代理公司：	天津佳盟知識產權代理有限公司 12002	代理人：	侯力
地址：	300071***	國省代碼：	天津;12
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于鋰離子二次電池負極材料及其制備方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池領域，特別是一種用于鋰離子二次電池的負極材料及其制備方法。

背景技術

高比容量、長循環壽命的電極材料的開發是決定鋰離子二次電池發展以及應用的關鍵技術。目前商業化的負極材料仍然主要為碳材料。然而，其能量密度較低，理論容量只有375mAh/g，無法滿足當今社會對高能化學電源的需求。而且，碳材料與電解液首周反應生成的SEI膜易分解而導致安全問題。因此，目前研究者致力于尋找高比容量、高安全性能的代碳材料。硅由于其理論容量高、資源豐富、價格低廉，成為了下一代鋰離子二次電池的一個研究熱點。然而，Si在吸放鋰過程中會伴隨著較大的體積變化，從而導致電極的循環性能急速衰減。

為了改善Si的循環性能，研究者嘗試了不同的方法。常見的方法主要有材料的納米化、合金化和薄膜化等。如將Si的粒徑減小到納米級時，可以利用納米材料的相對體積膨脹率小的特點來改善電極的循環性能。然而，納米粒子的制備工藝復雜，一些關鍵問題如團聚問題仍未解決，因此很難實現工業化生產。材料合金化是近年來研究的熱點，其目的主要有兩個：一是將活性材料硅分散在與硅合金化的金屬基體中，而這些金屬基體主要起到緩解體積膨脹的作用，從而改善硅的循環性能；二是利用金屬較好的導電性來抑制Si電極的電壓滯后現象。然而，單純添加一種金屬材料對Si負極材料的性能改善并不理想，Si合金材料較單純Si材料的可逆容量有所提高，但在循環多次之后容量仍然衰減很快，說明一種金屬的存在對緩解Si體積膨脹的作用有限。另外，研究發現，Si與C材料復合后循環性能有較大改善。其中的C材料主要是指石墨、無定型碳、中間相碳微球以及各種納米管、納米線等納米碳材料。近些年，研究者曾采用不同的制備方法得到了不同形式的Si/C復合材料，如薄膜Si/C材料、顆粒狀Si/C材料以及核殼結構的Si/C材料等，均得到了電化學性能優良的電極材料。然而，上述材料的制備方法通常步驟較為復雜、能耗較高、成本高，不適合工業化生產。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種高容量、長壽命的用于鋰離子二次電池的負極材料，其制備方法工藝簡單、易于操作、易于控制且制造成本低，適合規模化生產。

本發明的技術方案：

一種用于鋰離子二次電池的負極材料，由Si、Co、C三種元素單質組成，其中C元素單質為石墨、Co作為非活性材料。

所述Si、Co、C三種元素單質的質量百分比為Si?10-30%、Co?10-30%、石墨為余量。

一種所述用于鋰離子二次電池的負極材料的制備方法，采用高能球磨法制備，具體步驟如下：

1）在氬氣氣氛保護下，將Si粉、Co粉與石墨粉在球磨罐中均勻混合；

2）在氬氣氣氛保護下，在球料比為4-20：1和轉速為150-500轉/分鐘的條件下球磨10-50h，即得到不同組成比的SiCoC負極材料。

所述球磨機中球磨罐的材質為聚胺酯、陶瓷或剛玉；球的材質為聚胺酯、陶瓷或剛玉，球的規格為Ф6.6mm、0.4g/個和Ф17.0mm、2.0g/個，其數量比為3:1；轉速為不大于600轉/分鐘。

本發明所述的SiCoC三元負極材料中，Si和石墨為活性物質，Co為非活性物質。Si均勻地分散于石墨中，C和Co的加入不僅有效抑制了Si的電壓滯后現象，而且緩沖了Si的體積膨脹，使本發明制得的負極材料容量高、循環壽命長。

本發明采用高能球磨法，目的是使復合材料粒度均一、提高活性、改善活性顆粒Si之間，及其與緩沖基體之間界面的結合力等作用，從而改善了材料的循環穩定性。

本發明的優點是：工藝簡單、易于操作、易于控制，制造成本低，適合規模化生產；制得的材料容量高、循環壽命長，應用于鋰離子二次電池的負極，可顯著提高電池的比能量。