[發明專利]一種高容量鋰離子電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510480859.1
• 申請日: 2015-08-07
• 公開（公告）號: CN105140481A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 田東
• 申請（專利權）人: 田東
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池領域，具體為一種高容量鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

自從1990年日本索尼公司率先研制成功鋰離子電池并將其商品化以來，鋰離子電池得到了迅猛發展。如今鋰離子電池已經廣泛地應用于民用、軍用等多個領域。隨著科技的不斷進步，人們對電池的性能提出了更多更高的要求：電子設備的小型化和個性化發展，需要電池具有更小的體積和更高的比能量輸出；航空航天能源要求電池具有循環壽命，更好的低溫充放電性能和更高的安全性能；電動汽車需要大容量、低成本、高穩定性和安全性能的電池。

鋰離子電池的研制成功，應首先歸功于電極材料，特別是碳負極材料的突破，在眾多的碳材料中，石墨化碳材料由于具有良好的層狀結構，非常適合于鋰離子的嵌入和脫嵌，形成的石墨—鋰層間化合物Li-GIC具有較高的比容量，接近LiC₆的理論比容量372mAh/g；同時具有良好的充放電電壓平臺和較低的嵌脫鋰電位，與提供鋰源的正極材料，如LiCoO2、LiNiO2及LiMn2O4等匹配性較好，所組成的電池平均電壓高，放電平穩，因此目前商品化鋰離子電池大量采用石墨類碳材料作為負極材料。

金屬錫具有高的儲鋰容量（994mAh/g）和低的鋰離子脫嵌平臺電壓等優點，是一種極具發展潛力的非碳負極材料。近年來人們對這類材料開展了廣泛的研究，并取得了一定的進展。但在可逆儲鋰過程中，金屬錫體積膨脹顯著，導致循環性能變差，容量迅速衰減，因此難以滿足大規模生產的要求。為此，通過引入碳等非金屬元素，以合金化或復合的方式來穩定金屬錫，減緩錫的體積膨脹。碳能夠阻止錫顆粒間的直接接觸，抑制錫顆粒的團聚和長大，起到緩沖層的作用。這些方法確實能在一定程度上改善錫的循環性能，但改善的程度有限，材料的循環性能依然不能滿足需要。

發明內容

本發明的目的是提供一種高容量鋰離子電池負極材料的制備方法，該方法針對錫在電化學鋰脫嵌時產生的嚴重體積效應，利用體積外補償的方式給錫粉足夠的膨脹空間；制備的含錫復合材料保持了錫的高比容量特性，同時使整體電極的體積變化控制在合理水平，增加循環穩定性，以提高鋰離子電池的負極材料的能量密度，使該負極材料比目前商業上鋰離子電池中常用的碳負極材料具有更高的比容量，滿足各類便攜式用電設備對電池日益提高的能量密度要求。

為實現上述目的，本發明所采用以下的技術方案來實現。

一種高容量鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備微膨脹石墨：用濃硫酸和高錳酸鉀將天然鱗片石墨氧化插層，然后在800℃～950℃的溫度下保持10～30秒進行膨脹處理，得到微膨脹石墨；

（2）制備粉體：將微膨脹石墨和納米錫粉在去離子水中超聲分散均勻，然后將分散均勻的懸浮液抽濾、干燥得到層間插有納米錫粉的微膨脹石墨，即粉體；

（3）制備錫碳復合負極材料：將粉體和碳源前驅體進行混合包覆，然后在900℃～1100℃的惰性氣體保護下碳化燒結3～5小時，得到錫碳復合負極材料。

本發明中天然鱗片石墨、濃硫酸和高錳酸鉀的質量比為1：1～5:0.01～0.2，所述濃硫酸的濃度為95%～98%。

本發明中微膨脹石墨的膨脹體積為2.0mL/g～10mL/g，若膨脹體積太小，石墨層間距打開不夠，則難以提供足夠的預膨脹空間；若膨脹體積太大，石墨層間距打開太大，則石墨結構會破壞嚴重，難以保證后期的循環穩定性。

本發明中微膨脹石墨與錫粉的質量比為1：0.05～0.2，錫粉的粒徑不大于100納米。

本發明中粉體與碳源前驅體的質量比為1：0.05～0.2。

本發明中的碳源前軀體為蔗糖、聚丙烯腈、聚乙烯醇、酚醛樹脂、環氧樹脂、瀝青中的一種或幾種。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明采用微膨脹石墨與納米錫粉超聲分散，然后直接抽濾、干燥，再混合碳源前軀體包覆處理的方法制備出錫碳復合負極材料，該負極材料是一種性能良好的鋰離子電池負極材料。另外，采用這種方法還具有以下優點：1、原料經濟環保；2、材料具有較高的比容量和循環穩定性；3、制備工藝簡單，易于工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的循環性能圖。

具體實施方式

為了使本發明的技術手段、創作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發明。

實施例1