[發(fā)明專利]一種鋰離子電池SnS混合儲(chǔ)能負(fù)極板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810254977.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108417778B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱俊生;李亞男;劉旭;張雙全;衣守忠;劉昆侖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 蔡天敏

一種鋰離子電池SnS混合儲(chǔ)能負(fù)極板及其制備方法，屬于電池儲(chǔ)能負(fù)極板及制備方法。該負(fù)極板由SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極外表面包覆緩沖碳層制得，緩沖碳層能夠包覆和固定SnS/煤基活性炭/石墨烯復(fù)合儲(chǔ)能材料中的SnS活性物質(zhì)，限制其體積變化，防止活性物質(zhì)從集流體上粉化和脫落；其中SnS基復(fù)合儲(chǔ)能材料由Sn基復(fù)合儲(chǔ)能前驅(qū)體材料硫化制備得到，將SnS基復(fù)合儲(chǔ)能材料、負(fù)載銅的乙炔黑、聚偏氟乙烯和N?甲基吡咯烷酮溶液混合均勻后涂板、干燥得到SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極；將氧化中間相炭微球溶液和多巴胺鹽酸鹽超聲混合后直接涂覆在SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極外表面并烘干制得SnS基混合儲(chǔ)能負(fù)極板，該負(fù)極板的比容量是現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極板比容量的1.8～3.0倍；應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車和純電動(dòng)車。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池儲(chǔ)能負(fù)極板及制備方法，特別是一種鋰離子電池SnS基混合儲(chǔ)能負(fù)極板及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油等化石燃料的消耗與日俱增，造成日益緊迫的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題。這其中汽車消耗的燃料占石油消耗總量的40%左右，研發(fā)新能源汽車已被列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。目前，新能源汽車的主要發(fā)展對(duì)象是電動(dòng)汽車，其發(fā)展的核心是動(dòng)力電池，體現(xiàn)在電池的比能量、安全性、價(jià)格以及循環(huán)壽命等。在目前實(shí)用化的電池中，鉛酸電池價(jià)格便宜但能量密度較低；超級(jí)電容器具有很高的比功率但比容量太低；鎳氫電池具有較高的比功率但電池電壓偏低、自放電損耗較大且放電容量受環(huán)境溫度影響較大；燃料電池由于價(jià)格昂貴，短期內(nèi)難易真正商品化。相比之下，鋰離子電池具有良好的循環(huán)壽命和高達(dá)100~150Wh/kg的能量密度，是最有可能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源之一。

負(fù)極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前應(yīng)用的動(dòng)力鋰離子電池普遍使用石墨類負(fù)極材料，此類材料具有循環(huán)性能好、資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但石墨類材料的比容量往往低于372 mAh g^-1且倍率性能較差。此外，石墨類炭電極電位與金屬Li相近，過(guò)充電時(shí)易形成鋰枝晶，影響電池的安全性。因此，開(kāi)發(fā)新型負(fù)極材料是提高鋰離子電池比容量和安全性的關(guān)鍵。

SnS基材料由于具有較高的比容量和能量密度而引起廣泛關(guān)注。但SnS在充放電過(guò)程中體積變化較大、容易從集流體上粉化和脫落，導(dǎo)致電池穩(wěn)定性差、循環(huán)性能下降等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)一般通過(guò)三種方式解決：（1）將SnS納米化；（2）構(gòu)建空心結(jié)構(gòu)的SnS復(fù)合材料；（3）制備SnS/C復(fù)合材料。大量研究和實(shí)踐表明第三種方法最為方便可行。近年來(lái)對(duì)SnS/石墨烯等SnS/C復(fù)合材料有較多報(bào)道，但石墨烯等碳材料在復(fù)合材料中的精確分散和排列不易實(shí)現(xiàn)，SnS與碳材料之間的組合形態(tài)隨機(jī)性較大，使得活性物質(zhì)在充放電循環(huán)過(guò)程中團(tuán)聚、粉化，容易從集流體上脫落。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是要提供一種鋰離子電池SnS基混合儲(chǔ)能負(fù)極板及其制備方法，解決現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極比容量較低和現(xiàn)有SnS負(fù)極中活性物質(zhì)容易從集流體上脫落的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明包括混合儲(chǔ)能負(fù)極板以及混合儲(chǔ)能負(fù)極板制備方法。

混合儲(chǔ)能負(fù)極板：在SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極外表面包覆緩沖碳層。

所述的SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極為活性物質(zhì)SnS/煤基活性炭/石墨烯復(fù)合材料，所述的活性物質(zhì)SnS/煤基活性炭/石墨烯復(fù)合材料由Sn/煤基活性炭/石墨烯混合儲(chǔ)能材料前驅(qū)體硫化制備得到。

所述的緩沖碳層由氧化中間相炭微球溶液和多巴胺鹽酸鹽超聲混合后直接涂覆在SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極外表面并烘干制得；其中，氧化中間相炭微球溶液體積和多巴胺鹽酸鹽質(zhì)量的比例為99.5~99.9mL: 0.1~1.0g。

所述的SnS基復(fù)合儲(chǔ)能電極包括活性物質(zhì)SnS/煤基活性炭/石墨烯復(fù)合材料、聚偏氟乙烯和負(fù)載銅的乙炔黑；其中，以SnS/煤基活性炭/石墨烯復(fù)合材料質(zhì)量為基數(shù)，聚偏氟乙烯占基數(shù)的7%～13%，負(fù)載銅的乙炔黑占基數(shù)的10%～18%。