[發(fā)明專利]一種多孔、球狀結構的鋰離子電池負極材料鎳錫合金粉末制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310090139.5
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103137956A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 范美強;陳達;田光磊;舒康穎
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種電池電極材料的制備方法，具體是涉及一種多孔、球狀結構的鋰離子電池負極材料鎳錫合金粉末制備方法。

背景技術

發(fā)展高安全性、高能量、低成本、長壽命鋰離子電池是當前動力電池應用面臨的巨大挑戰(zhàn)。電池的性能主要取決于正負極電極材料的性能。Sn基合金負極具有高能量和安全特性，是一種很有產(chǎn)業(yè)化前景的高比容量鋰離子電池負極材料。Sn的質(zhì)量比容量是現(xiàn)用碳負極的2倍左右，體積比容量為現(xiàn)用碳負極的3倍以上，其脫嵌鋰電位略高于碳電極而具有相對較高的安全性，但是，Sn基合金脫嵌鋰過程中體積變化大、首次進而導致循環(huán)性能不穩(wěn)定，以及首次不可逆容量高、庫侖效率低等問題，科研人員做了大量的嘗試和探索。

發(fā)明專利(專利申請?zhí)枺?00710057608.8)采用電沉積方法制備苞狀和球狀的錫鈷合金負極材料。首先在銅基體上附著一層錫；2)配制鍍液：錫鹽10～50g/L，鈷鹽5～20g/L，K₄P₂O₇·3H₂O100～400g/L，檸檬酸10～30g/L，甘氨酸10～30g/L，蛋氨酸2～10g/L；通過電沉積方法：控制溫度15～35℃，pH＝8～9，電流密度為5～20mA/cm²，通電時間為0.5～2.5h，得到錫鈷合金材料。該發(fā)明制備出的錫鈷合金結晶度高，不易發(fā)生嚴重的團聚和表面氧化，減少了負極材料的不可逆容量，可逆容量最高達到545mAh/g，循環(huán)10次后仍保持在400mAh/g以上。但電沉積法的主要缺點是工藝的影響因素較多，比如電流密度、電解液濃度、添加劑的量以及溫度等。

專利發(fā)明(專利申請?zhí)枺?00810028685.5)提供一種磁控濺射法制備鋰離子電池負極用鋁錫合金薄膜。(1)選用作為薄膜電極集流體的金屬箔作為磁控濺射的基底，并進行基底清洗；(2)調(diào)節(jié)濺射室氣壓至1.0×10^-3Pa或以上，然后通入惰性氣體并調(diào)節(jié)氣壓在0.1～10Pa范圍；(3)磁控濺射制備鋁錫合金薄膜，需調(diào)節(jié)濺射功率在10W～5kW范圍，濺射類型為直流磁控濺射或射頻磁控濺射，濺射沉積時間在10～60分鐘范圍。鋰離子電池負極用鋁錫合金薄膜由固溶體合金材料鋁錫合金構成，合金中錫的含量為25～75％，其余為鋁。本發(fā)明操作工藝簡單，成本低，效率高，無副產(chǎn)物；制備出的薄膜電極材料晶粒均勻細小，結晶度和力學性能良好。但磁控濺射法存在沉積速率低及設備復雜的缺點。

發(fā)明專利(ZL200610011618.3)采用機械球磨法制備一種高容量Sn-Ni合金復合物鋰離子電池負極材料。將錫、鎳的氧化物按所生成的合金復合物中Sn和Ni的比例進行配比，然后引入適當比例的碳粉作為還原劑，得到的混合物經(jīng)混磨均勻后，置于流動的惰性氬氣氣氛中以5-30℃/分鐘的升溫速率升至800-1200℃，保溫1-6小時，然后斷電，使其隨爐冷卻至室溫。該發(fā)明制備的制備出的Sn-Ni鋰離子電池負極材料比容量高、顆粒均勻細小，結晶度良好、循環(huán)性能穩(wěn)定，可逆容量最高達到389mAh/g，經(jīng)12次循環(huán)后比容量保持在97.9％。的優(yōu)點在于：該方法的缺點在于機械球磨過程易引入雜質(zhì)，而且球磨產(chǎn)物比表面積大，易氧化，導致鋰在嵌入過程形成穩(wěn)定的氧化物而造成不可逆容量損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種多孔、球狀結構的鋰離子電池負極材料鎳錫合金粉末制備方法，克服現(xiàn)有制備技術的缺陷，提高鎳錫材料的循環(huán)壽命和比容量。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是，所提供的鋰離子電池負極材料鎳錫材料，以NiSn₃或Ni₃Sn₈為主，摻雜少量的Al，Sb，Zb，Ca，Mg，P；經(jīng)熔煉法制備鎳錫合金錠；然后通過高溫噴射爐獲得球狀鎳錫合金粉末，再采用堿液處理，獲得多孔、球狀結構的鎳錫合金粉末。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種多孔、球狀結構的鋰離子電池負極材料鎳錫合金粉末制備方法，其特征在于：鎳錫粉末以NiSn₃或Ni₃Sn₈為主，摻雜少量的Al，Sb，Zn，Ca，Mg，P中的一種；其中，鎳錫合金占95～98.5mol％，摻雜物質(zhì)為1.5～5mol％；鎳錫材料的制備方法包括如下步驟：

1)、稱量一定摩爾數(shù)的鎳、錫和摻雜物質(zhì)；氬氣保護，采用熔煉法制備鎳錫合金錠；

2)、將步驟(1)的鎳錫合金錠切割，獲得小合金塊；