[發(fā)明專利]一種合成鋰離子電池高容量負(fù)極材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710310285.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107093727B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;張立新;李德軍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

本發(fā)明涉及一種合成鋰離子電池高容量負(fù)極材料的方法。它是以碳納米管為原料，按一定比例將SnCl₄·5H₂O加入并均勻混合，將混合物放入密閉容器中，在一定溫度下進(jìn)行熱處理，使SnCl₄氣化后吸附到碳納米管內(nèi)，降溫后經(jīng)沉積分解得到Sn(OH)₄與碳納米管的復(fù)合材料。隨后將吸附有Sn(OH)₄的碳納米管通過機(jī)械球磨方法附著到中間相炭微球、人造石墨、天然石墨負(fù)極材料的表面，得到最終的理想產(chǎn)物。該產(chǎn)物是以填充了高容量Sn(OH)₄納米粒子的碳納米管為包覆層，以中間相炭微球、人造石墨或天然石墨為核的新型包覆結(jié)構(gòu)負(fù)極材料。本發(fā)明與傳統(tǒng)的合成工藝相比即提高了傳統(tǒng)石墨類負(fù)極材料的導(dǎo)電性，又提高了復(fù)合材料的容量，同時(shí)兼具合成工藝流程簡單等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種鋰離子電池用高容量負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

由于全球化石能源的短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人類的生存逐漸受到威脅，研究開發(fā)新型可替代能源已經(jīng)成為了各個(gè)國家的重要戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。而在新能源開發(fā)過程中作為儲能裝置的鋰二次電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)越的性能，因此其在新能源的發(fā)展過程中具有重大意義。目前制約鋰電池進(jìn)一步發(fā)展的主要問題是其能量密度還不能滿足某些大容量大功率場合的應(yīng)用。

與商品化石墨負(fù)極相比，錫及其化合物非常具有吸引力，因?yàn)槠淅碚摫热萘靠蛇_(dá)990 mAh/g。不僅如此，錫基材料還具有較低的插鋰電位以及安全性良好，清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此一經(jīng)提出就受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，研究者發(fā)現(xiàn)錫基材料在脫嵌鋰過程中會發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹，經(jīng)過十幾次循環(huán)后就會產(chǎn)生由于體積變化而造成的電極粉化、剝落等問題 ，隨之性能急劇下降。近年來對錫基復(fù)合物的研究主要集中在錫基與各種形貌結(jié)構(gòu)的碳材料的結(jié)合上,如Sn/C的復(fù)合材料和SnO₂/C的復(fù)合材料。碳材料作為一種穩(wěn)定的基體或包覆劑,能使材料的循環(huán)性能有較大程度的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)特征在于采用氣相沉積和機(jī)械球磨融合的方法，將納米氫氧化錫沉積在碳納米管內(nèi)后再通過機(jī)械球磨等融合手段將填充了高容量納米粒子的碳納米管附著在中間相炭微球、人造石墨或天然石墨負(fù)極材料的表面，得到新型負(fù)極材料，組裝電池后發(fā)現(xiàn)其是一種新型高容量負(fù)極材料。

本發(fā)明可以將氫氧化錫（由于處理溫度和處理時(shí)間的不同，所得到的中間產(chǎn)物中碳納米管內(nèi)填充的Sn(OH)₄的含量會有差別）沉積在碳納米管中，同時(shí)將填充了高容量納米粒子的碳納米管與石墨負(fù)極材料相融合，在有效降低Sn(OH)₄的體積效應(yīng)，改善其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和循環(huán)性能的同時(shí)，提高石墨負(fù)極材料的導(dǎo)電性，從而充分發(fā)揮了Sn(OH)₄納米粒子的高容量和碳納米管的高導(dǎo)電性以及石墨負(fù)極高密度的特點(diǎn)。所述的石墨負(fù)極是：中間相炭微球、人造石墨、天然石墨。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下的技術(shù)內(nèi)容：

一種合成鋰離子電池高容量負(fù)極材料的方法，其特征在于：按照質(zhì)量比重為3:1～6：1將分析純的SnCl₄·5H₂O與碳納米管均勻混合，隨后將混合物轉(zhuǎn)移到密閉容器中，在溫度為120℃-150℃下處理得到復(fù)合材料，最后通過機(jī)械球磨融合的方法將復(fù)合材料附著到中間相炭微球、人造石墨、天然石墨負(fù)極材料的表面得到最終的理想產(chǎn)物；復(fù)合材料的處理時(shí)間為1-10小時(shí)，由于處理溫度和處理時(shí)間的不同，所得到的復(fù)合材料中碳納米管內(nèi)填充的Sn(OH)₄的含量會有差別，這直接影響了后續(xù)的電化學(xué)性能表現(xiàn)；SnCl₄·5H₂O加入量控制在10%～50%(w/w)之間；機(jī)械球磨的球磨時(shí)間控制在4小時(shí)～8小時(shí)；球磨轉(zhuǎn)速為240轉(zhuǎn)/分鐘；球料質(zhì)量比控制在15:1～25：1；SnCl₄·5H₂O加入量控制在10%～50%之間。