[發明專利]一種具有高可逆容量的硫化銻基負極材料及其制備與應用

在審

• 申請號: 201710521969.7
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107331842A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 胡仁宗;劉雨軒;魯忠臣;曾美琴;朱敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳智英

技術領域

本發明屬于鋰離子電池及鈉離子電池制造技術領域，涉及一種可用于制備鋰離子電池及鈉離子電池的電池材料，具體涉及一種具有高可逆容量的負極材料及其制備方法，所述負極材料用作鋰離子電池及鈉離子電池的電極材料。

背景技術

無線通信的快速變革以及新能源汽車、規模儲能等產業的迅速發展對鋰離子電池的儲能容量、能量密度、壽命、安全性等方面提出了更高的要求。然而，受制于現有電極材料質量及體積比容量低的缺陷，已商業化的鋰電子電池無法滿足上述領域的應用需求。因此，新型鋰離子電池性能的提高將主要取決于高比容量電極材料體系的發展。基于嵌鋰-脫鋰機制的鋰離子電池的能量存貯與釋放依賴于Li⁺在正負極材料內部的嵌入和脫出。因此，提高電極材料Li⁺嵌入和脫出的可逆性對鋰離子電池的高能量密度和長壽命至關重要。同時，隨著鋰離子電池需求的不斷增大，鋰資源儲量不足的問題也將日益顯現。在開發高容量鋰離子電池的同時研究資源儲量豐富、原料成本更為低廉的鈉離子電池也具有十分重要的意義。

相比于已商業化的石墨負極，硫化銻具有更高的儲電容量。硫化銻儲電的理論質量比容量為946mAh/g。如果硫化銻負極能夠實際應用，將能大幅度提高鋰離子電池體系的比容量和能量密度，其在鈉離子電池的應用上也具有可觀的前景。不過，在儲鋰、儲鈉的過程中，材料的體積膨脹效應嚴重影響了負極材料的循環穩定性；而材料離子擴散速率慢特別是在鈉離子電池中擴散速率慢的問題也制約了此類電池的發展。

銻基材料的研究國內外已有部分成果見于報道，但目前見于報道的銻基材料在儲鋰方面的循環穩定性并不理想，且為了實現容量與循環壽命的提高往往需要通過復雜的手段對微觀結構進行調控(見專利“用于鋰離子電池負極的導電聚合物包覆開孔泡沫銻電極及其制備方法”，中國專利申請公開號：CN 105870404 A)，這種調控在批量制備的效率、有效性和穩定性上會有一定的欠缺。因此，尋求高效、簡易而可靠的方法對電池負極的制備意義重大。

通過單純的高能球磨來細化鋰離子電池負極材料從而實現高容量和長循環壽命是一種常用的方法。不過，為了將粉末尺度降至20μm及以下，往往需要超過50小時的球磨時間。因此，要實現新型鋰離子電池負極材料的推廣與應用，提高球磨效率，降低球磨時間是當前通過球磨制備負極材料必須要解決的問題之一。

發明內容

為了解決銻基負極材料存在的上述問題，本發明的目的是提供一種高容量高穩定性的材料體系和一種經濟高效的材料制備方法。

本發明的目的之一是提供一種具有高可逆容量的硫化銻基負極材料即Sb₂S₃-C復合粉體材料，通過在Sb₂S₃負極中添加以C為基礎的石墨類碳材料，用以提高Sb₂S₃循環過程的結構穩定性和可逆性，以及電極材料的導電性。所述硫化銻基負極材料用作鋰離子電池和鈉離子電池的負極材料。

本發明的另一個目的是通過提供上述具有高可逆容量的硫化銻基負極材料相對經濟高效的制備方法。本發明采用介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨法，制備出結構穩定性好的硫化銻基復合負極材料，以獲得長的充放電循環壽命；在實現以上目的同時還能夠起到改善Sb₂S₃負極轉化反應的可逆性，提高其可逆容量的作用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種具有高可逆容量的硫化銻基負極材料為Sb₂S₃-C復合粉體材料，其中Sb₂S₃為純硫化銻粉，是粉體材料的主要成分，占質量百分比含量的50～90％，C為石墨類碳材料，占質量百分比含量的10～50％；是通過介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨法將硫化銻粉和石墨類碳材料球磨得到。

所述石墨類碳材料包括普通石墨粉、人造石墨粉、膨脹石墨粉等。

所述純硫化銻純度為90％以上；所述石墨類碳材料的純度為90％以上。

所述具有高可逆容量的硫化銻基負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硫化銻粉體、石墨類碳材料與助磨劑混合均勻，得到混合料；

(2)將混合料置于介質阻擋放電等離子體輔助高能球磨機內進行球磨，得到硫化銻基負極材料。

所述助磨劑為常規助磨劑，優選為乙醇、乙二醇中一種以上。

所述助磨劑的用量為硫化銻粉體與石墨類碳材料總質量的1～7％。