[發(fā)明專利]一種鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310751042.4
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103647043A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏英進(jìn);高宇;巨彥銘;陳崗
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

電池作為儲能設(shè)備，在現(xiàn)代社會中被廣泛使用，其中，鋰離子二次電池由于具有較高的工作電壓、能量密度，良好的使用壽命和安全性而受到人們青睞。

目前，由于各種新型電子產(chǎn)品的出現(xiàn)、普及，以及電動車發(fā)展，對于具有高能量密度的鋰離子二次電池的需求增加，而提高電池容量的關(guān)鍵在于選擇性能更好的正負(fù)極材料。

目前大規(guī)模商業(yè)化使用的負(fù)極材料為石墨，但是其理論比容量僅為372mAhg^-1，相對較低。為了提高電池容量，人們開始關(guān)注能夠與鋰形成合金的一些元素，比如硅、錫等。硅能與鋰形成鋰硅合金，容量高達(dá)4200mAhg^-1，但是在合金化的過程中，會有嚴(yán)重的體積變化，導(dǎo)致充放電過程中活性材料的脫落，嚴(yán)重影響電池壽命。因此，科研人員把目光投向了硅碳復(fù)合物，硅的氧化物等材料。SiO₂便是其中之一，當(dāng)SiO₂的顆粒非常小或者為無定型形態(tài)時，有較高的容量，循環(huán)性能也更好，但是納米顆粒大小或無定型形態(tài)的SiO₂顆粒的制備工藝一般較復(fù)雜，比如利用正硅酸乙酯水解制備，其中需要控制的參數(shù)較多；同時，這種材料的導(dǎo)電性較差，通常會在制備的過程中加入碳等材料進(jìn)行包覆，改善其性能，所以工藝較復(fù)雜，成本難以控制。

本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼為原料，經(jīng)過較為簡單的工藝，制備出了性能較好的負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有的制備SiO₂的過程，本發(fā)明解決的問題在于提供了一種原料便宜，制備工藝簡單的鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法，以稻殼為原料，經(jīng)碳化和高溫處理兩個步驟制得SiO₂/C鋰離子二次電池負(fù)極材料；所述的碳化，是將稻殼在氮?dú)鈿夥眨瑴囟?50～700℃下碳化0.5～2h，得到碳化的稻殼；所述的高溫處理，是將碳化的稻殼研磨成粉，在氫氣或/和氬氣的氣氛下，700～1000℃下保溫3～6h，自然降溫，得到電極材料。

最佳的碳化條件是在溫度450℃下碳化1h；最佳的高溫處理?xiàng)l件是在溫度900℃下保溫5h。更高的溫度或較長的時間對得到的電極材料性能提高不大，但卻增加了能耗。

在高溫處理步驟中，所述的氫氣和氬氣的混合氣體，可以按任意體積比混合。優(yōu)選的體積比為氫氣∶氬氣=5～10∶90～95。

更簡單的一種鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法可以不進(jìn)行高溫處理，也可以作為電極材料，但性能較經(jīng)過高溫處理的電極材料差些。

一種鋰離子二次電池負(fù)極材料的制備方法，以稻殼為原料，經(jīng)碳化制得SiO₂/C鋰離子二次電池負(fù)極材料；所述的碳化，是將稻殼在氮?dú)鈿夥眨瑴囟?50～700℃下碳化1～2h；最后自然降溫，研磨成粉，得到電極材料。

優(yōu)選的碳化條件是溫度450℃下碳化1～1.5h。因?yàn)闆]有高溫處理的過程，時間到1.5小時是保證碳化更充分。

本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼為原料，來源豐富，成本低廉，環(huán)境友好，生產(chǎn)工藝簡單可控，能耗低，周期短；同時，制備出的材料較穩(wěn)定易于儲存；用制得的電極材料制作鋰離子二次電池的負(fù)極，具有電壓平臺低、容量較高、循環(huán)性能穩(wěn)定及壽命長的特點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明中的技術(shù)方案及其制備出來材料的性能，給出下面的相關(guān)圖示。

圖1為SiO₂/C材料合成的步驟示意圖；

圖2為實(shí)施例1合成的SiO₂/C負(fù)極材料的XRD圖譜；

圖3為實(shí)施例1制備的SiO₂/C材料作為電極材料，鋰作為對電極，制作的半電池的充放電曲線圖；

圖4為實(shí)施例1制備的SiO₂/C材料作為電極材料，鋰作為對電極，制作的半電池的循環(huán)性能圖；

圖5為實(shí)施例2制備的SiO₂/C材料作為電極材料，鋰作為對電極，制作的半電池的循環(huán)性能圖；

圖6為實(shí)施例3制備的SiO₂/C材料作為電極材料，鋰作為對電極，制作的半電池的循環(huán)性能圖；

圖7為實(shí)施例4制備的SiO₂/C材料作為電極材料，鋰作為對電極，制作的半電池的循環(huán)性能圖。

具體實(shí)施方式