[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硫化銻基負極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112133909B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設計）人: 程勇;王少華;申亞斌;王立民;尹東明;梁飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/583;C01B32/20
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權代理有限公司 22214
• 代理人: 李外

本發(fā)明提供一種鋰離子電池用硫化銻基負極材料及其制備方法，涉及鋰離子電池負極材料領域。該方法是采用機械球磨法將三氧化二銻、膨脹石墨和硫粉三者進行高速長時間機械混合形成復合材料，并在氬氣中退火硫化后得到硫摻雜石墨封裝硫化銻結(jié)構的硫化銻基復合材料。本發(fā)明中與硫摻雜的石墨材料及由膨脹石墨剝離出的石墨烯復合可以增加硫化銻的電子導電性，同時因球磨時硫粉的存在形成的封裝結(jié)構有利于緩解因體積膨脹導致的硫化銻的團聚；它們共同作用極大提高初始庫倫效率、轉(zhuǎn)換反應的可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。本發(fā)明的機械球磨法操作簡單易行，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料領域，具體涉及一種鋰離子電池用硫化銻基負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢已廣泛應用于便攜式電子設備、電動交通工具及儲能等眾多領域，成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵贰Ｈ欢斍皬V泛應用的商業(yè)化石墨負極的理論比容量僅372mAh g^-1，嚴重制約了高容量和高功率鋰離子電池的發(fā)展，因此，開發(fā)高比容量負極材料迫在眉睫。目前廣泛研究的有硅基、錫基、銻基和過渡金屬氧化物等高比容量負極材料，但他們也均存在原料價格昂貴、材料脫嵌鋰過程中體積膨脹巨大、首次庫倫效率低等缺點，嚴重限制了他們的發(fā)展。

硫化銻負極材料具有原料豐富、價格低廉和高達947mAh g^-1的高理論比容量等眾多優(yōu)勢，十分有希望成為替代石墨的下一代高性價比負極材料。但它也存在著導電性差、體積膨脹大以及轉(zhuǎn)化反應可逆性差而引起的低首次庫倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性差和低容量輸出等問題，而當前對銻基材料研究相對較少，專利CN107331842A公開了一種利用高能球磨法制備的Sb₂S₃-C復合材料，該材料用在鋰離子電池負極時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，但其具有相對較差的倍率性能，在2A/g的電流密度下僅可輸出400mAh/g的比容量。專利CN110364706A公開了一種利用高能球磨法制備的由Sb/Sb₂O₃顆粒分布在石墨類碳材料上的片層狀的二次顆粒復合材料，該材料用在鋰離子電池負極時具有高的輸出容量，但其初始庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性相對較差。因此，設計高電子導電性、高首次庫倫效率、高循環(huán)穩(wěn)定性的硫化銻基負極材料十分重要，同時簡單易行和價格低廉的制備方法也將有利于硫化銻負極材料的大規(guī)模生產(chǎn)，這兩種優(yōu)勢的結(jié)合對硫化銻負極材料的廣泛應用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的硫化銻基負極材料的低首次庫倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性差和低容量輸出的問題，而提供一種鋰離子電池用硫化銻基負極材料及其制備方法。

為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種鋰離子電池用硫化銻基負極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將三氧化二銻、膨脹石墨和硫粉置于球磨罐中，得到預混材料；

步驟二：將步驟一得到的預混材料和球磨珠混合，得到三氧化二銻/膨脹石墨/硫粉三元混合材料；

步驟三：將步驟二得到的三元混合材料在惰性保護氣氛中進行退火處理，得到鋰離子電池用硫化銻基負極材料。

優(yōu)選的是，所述的步驟一中三氧化二銻、膨脹石墨和硫粉的質(zhì)量比為(0.2-0.6)：(0.05-0.15)：(0.4-0.6)。

優(yōu)選的是，所述的三氧化二銻的平均尺寸為700nm。

優(yōu)選的是，所述的膨脹石墨由商業(yè)化可膨脹石墨在充滿惰性氣氛的管式爐中1000℃高溫下處理1min獲得，升溫速率為10℃/min，可膨脹石墨的直徑為75微米。

優(yōu)選的是，所述的步驟二中球磨珠為二氧化鋯材質(zhì)。

優(yōu)選的是，所述的步驟二中球磨珠與預混材料的球料比為(20:1)～(100:1)。