[發(fā)明專利]一種碳包覆錫基合金負極材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710068046.0
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN108400289A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 石先興;王慧敏;嚴紅;陳軍
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術領域。本發(fā)明公開了一種碳包覆錫基合金負極材料，其由活性物質和碳包覆層組成；活性物質由錫、銅和銀制成，錫的重量百分含量為99%，銅的重量百分含量為0～1%，銀的重量百分含量為0～1%，碳包覆層的重量為活性物質的1～5%；本發(fā)明還公開了一種碳包覆錫基合金負極材料的制備方法。本發(fā)明可顯著提高負極壓實密度，能夠提高負極壓實密度至大于3.2g/cc，實現高重量能量密度，同時實現高體積能量密度。使用該種錫基合金負極的軟包裝鋰離子電池體積比能量密度可達到600Wh/L，遠高于當前商業(yè)化基于石墨負極的軟包裝鋰離子電池體積比能量密度370Wh/L。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術領域，尤其是涉及一種碳包覆錫基合金負極材料。

背景技術

石墨材料是最早商業(yè)化的負極材料。石墨本身的結晶度較高，具有良好的層狀結構，鋰離子在充電過程中會嵌入碳層中，形成LixC6結構，在放電時則從層狀結構中脫出，該過程有良好的可逆性及較平的充放電平臺。但鑒于石墨類負極理論比容量偏低(370mAh/g)，很難滿足電動車用高比能鋰離子電池發(fā)展需要，人們將目光投向具有比容量更高、安全性能更好的硅基合金、錫基合金負極材料。

如Kim等采用用化學沉積-熱解法制備了碳包覆Si-Cu₃Si-Cu復合材料，形成了以Si為核，Cu₃Si包圍在核周圍且有痕量Cu分布的結構。材料首次充放電容量分別為830和680mAh/g，并可計算得知首次庫侖效率為82％。其中熱解過程生成的Cu₃Si為電化學惰性物質，可明顯提高循環(huán)過程中材料的電子導電性，從而改善硅基材料的循環(huán)性能，30次循環(huán)后容量可保持率為87％。此外，Sukeun等用兩步球磨法制備了Si/Zn/C復合材料，Si、Zn均勻混合，外層包覆著石墨顆粒。該材料首次充放電容量分別為852mAh/g和607mAh/g，40次循環(huán)后容量保持率為91％。但是，上述硅基負極材料的壓實密度仍舊較低，使得其體積比能量較低，難以滿足當下對鋰離子電池高能量密度的要求。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有更高重量能量密度和更高體積能量密度的碳包覆錫基合金負極材料。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種碳包覆錫基合金負極材料，其由活性物質和碳包覆層組成；活性物質由錫、銅和銀制成，錫的重量百分含量為99％，銅的重量百分含量為0～1％，銀的重量百分含量為0～1％，碳包覆層的重量為活性物質的1～5％。

由于錫基合金(7.3g/cc)具有遠高于石墨的真實密度(2.25g/cc)，通過采用錫基合金材料制備的負極可實現極片壓實密度的提高，可以獲得遠高于當前商業(yè)化鋰離子電池石墨負極極片壓實密度的錫基負極材料。

作為優(yōu)選，錫采用錫錠，銅采用銅粉末，銀采用銀粉末。

作為優(yōu)選，銅粉末和銀粉末的粒徑為180～220目。

一種碳包覆錫基合金負極材料的制備方法，包括以下步驟：

a)按要求稱取原料，將錫放入石墨圓筒內，在氬氣氣氛下加熱至280～320℃，錫完全熔融后，向其中加入銅和銀，攪拌后制得錫-銅-銀熔融液相合金；

b)將錫-銅-銀熔融液相合金加入到有微孔的旋轉圓筒，啟動電機，以25～35rpm的轉速將錫-銅-銀熔融液相合金從旋轉圓筒上的微孔甩出并落入水中形成固相合金顆粒；

c)將固相合金顆粒在氬氣氣氛中高速球磨，每球磨2.5～3.5min后冷卻7～13分鐘，球磨后固相合金顆粒的D₅₀為4～6微米；

d)將球磨后的混合固相合金顆粒在50～60℃烘箱中烘50～70分鐘，制得合金粉末；