[發(fā)明專利]一種空心球狀磷化亞銅鋰電池負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310695186.2
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103723694A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉淑玲;朱建平;仝建波;劉慧;周博承
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08;H01M4/58
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空心球狀磷化亞銅鋰電池負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著煤炭、石油等主要天然資源的逐漸耗竭，太陽能和風(fēng)能等可再生能源近年來發(fā)展迅猛。這些新能源的發(fā)展不僅增加了對儲能型電池的需求量,同時也對化學(xué)電源的性能提出了更高的要求。鋰離子電池作為一種新型的儲能型電池，具有比容量大、重量輕、電壓高、安全性好等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于電動汽車、移動電話、筆記本電腦等許多數(shù)碼設(shè)備中。盡管相對于金屬鋰而言，商業(yè)化碳負(fù)極材料在安全性能、循環(huán)性能等方面有了很大的改進(jìn)，但仍存在許多不足：理論容量低(372mA·h/g)，碳材料中鋰離子擴(kuò)散較慢，而嵌鋰電位與金屬鋰電極電位相近，在大電流充電時，容易在電極表面形成鋰枝晶，從而存在安全隱患。因此，積極探索比容量高、容量衰減率小、安全性能高的新型非碳負(fù)極材料體系已經(jīng)成為國際上研究的熱點(diǎn)。近年來，相繼出現(xiàn)了錫基材料、合金、氮化物、磷化物、硅基材料以及金屬氧化物等一系列非碳負(fù)電極材料。其中，采用不同方法合成的金屬磷化物，尤其是磷化亞銅（Cu₃P），存在特殊的電化學(xué)嵌鋰性能，作為鋰離子電池負(fù)極材料極具潛力，而且其體積容量幾乎是石墨的4倍，是目前磷化物負(fù)極材料研究中的重要課題之一。目前，有關(guān)磷化亞銅這類新型電極納米材料的研究報道也遠(yuǎn)不如其它化合物的多，但是由于磷化亞銅在很多方面的優(yōu)勢，使得對它的研究具有非常重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝存在著原材料及設(shè)備成本昂貴，產(chǎn)品顆粒不規(guī)則等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種空心球狀磷化亞銅納微米鋰電負(fù)極材料的制備方法，該方法具有成本低，產(chǎn)品顆粒規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種空心球狀磷化亞銅納微米鋰電負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

1）向高壓反應(yīng)釜中加入體積30～40mL的去離子水，在每毫升溶液中加入0.006g～0.01g的銅鹽，攪拌直至完全溶解，形成澄清透明溶液；

2）向步驟1）得到的每毫升澄清透明溶液中分別加入0.01g的EDTA鈉鹽和0.006g的PEG-10000，攪拌至完全溶解；

3）將步驟2）得到的透明溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，再向每毫升透明溶液中加入0.006～0.01g的黃磷，然后把聚四氟乙烯內(nèi)襯密封到不銹鋼模具中，在密閉條件下由室溫開始加熱并在140～200℃加熱反應(yīng)12～16h；

4）反應(yīng)完成后，隨爐冷卻到室溫，然后用快速定量濾紙過濾，即得粗產(chǎn)物；

5）依次分別用去離子水、苯和無水乙醇對粗產(chǎn)物進(jìn)行洗滌；

6）將洗滌后的產(chǎn)品置入真空干燥箱中，于50～60℃下真空干燥4h，得到空心球狀磷化亞銅負(fù)極材料。

所述的銅鹽是硫酸銅、氯化銅或硝酸銅。

所述的聚四氟乙烯內(nèi)襯為50mL，填充度為60%～80%。

所述的空心球狀磷化亞銅負(fù)極材料作為鋰電池負(fù)極材料應(yīng)用于鋰離子電池電化學(xué)性能測試。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）具有獨(dú)特空心結(jié)構(gòu)，六方晶型的磷化亞銅（Cu₃P），其空心球直徑大約200nm。

（2）電化學(xué)性能較高，在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

（3）本發(fā)明成本低，原料易得，制備工藝簡單，重復(fù)性好，具有良好的應(yīng)用前景。

以下具體說明本發(fā)明的效果，電化學(xué)性能測試具體方法和條件如下：

將制備的空心球狀磷化亞銅納微米材料，與炭黑及質(zhì)量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合調(diào)成均勻的糊狀物，其中各組分質(zhì)量百分比為：空心球狀磷化亞銅負(fù)極材料80%，炭黑10%，聚偏氟乙烯10%。糊狀物在球磨機(jī)球磨2h混合均勻后，在鋁箔片上成膜，120℃真空干燥12h后，將鋁箔剪成圓盤狀制成鋰離子電池負(fù)極極片。將得到的鋰離子電池負(fù)極極片組裝成CR2016型扣式電池，電解液為LiPF₆(1mol/L)/(EC+DEC+EMC（體積比為1:1:1))。Celgard2340作為電池隔膜，鋰片為對電極；將上述電池在測試溫度為25℃下，以1000mA/g的電流密度，在0.5～3V之間進(jìn)行循環(huán)充放電測試。其結(jié)果如圖1所示，從圖1可以看出，本發(fā)明所制備的空心球狀磷化亞銅負(fù)極材料在鋰電性能測試中表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的電化學(xué)性能。其首次放電容量可以達(dá)到1074.7mA/h，循環(huán)性能90圈后仍然可以達(dá)到167.7mA/h，證明制備出的負(fù)極材料循環(huán)壽命高。