專利名稱：一種鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明方法涉及鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，本發(fā)明方法特別提供了一種間隔多層包覆的方法改進(jìn)鋰離子電池負(fù)極材料的性能。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是一種新型高效的化學(xué)電源，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品的配套電源。隨著材料技術(shù)進(jìn)步和電池設(shè)計(jì)即使的改進(jìn)，鋰離子電池的應(yīng)用范圍可望從信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步拓展到能源交通、航天航空、國防等領(lǐng)域。這也對鋰離子電池的使用壽命、放電倍率等性能提出了更高要求。鋰離子電池性能的提高在很大程度上決定于負(fù)極材料性能和比容量的改善。
納米炭管和納米纖維是具有準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的納米炭材料，具有長徑比大、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。納米炭纖維/納米炭管既可單獨(dú)用做鋰離子電池負(fù)極，也可以一定比例加入其他負(fù)極材料組成復(fù)合負(fù)極材料。
本發(fā)明方法提出了一種納米炭管/納米炭纖維鋰離子負(fù)極材料或納米炭管/納米炭纖維復(fù)合鋰離子電池負(fù)極的表面間隔包覆改性方法，具有顯著提高其儲(chǔ)鋰容量、循環(huán)特性、動(dòng)力學(xué)性能等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法的目的在于通過改性鋰離子電池負(fù)極材料來提高鋰離子電池的儲(chǔ)鋰容量、循環(huán)特性、動(dòng)力學(xué)性能。
本發(fā)明方法提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，負(fù)極材料為一維納米炭材料或一維納米炭材料與碳質(zhì)、錫基、硅基材料的復(fù)合物，一維納米炭材料的直徑范圍在1nm-500nm之間，其特征在于對負(fù)極材料表面進(jìn)行金屬與非金屬間隔多層包覆處理，金屬采用錫、銅、銀、鉻，非金屬采用碳、硅、硼。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，在所述負(fù)極材料上第一層包覆金屬，有錫、銅、銀、鉻。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，在所述負(fù)極材料上第一層包覆金屬的方法是化學(xué)鍍。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，在所述負(fù)極材料上第二層包覆非金屬，有碳、硅、硼鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，在所述負(fù)極材料上第二層包覆非金屬的方法有化學(xué)氣相沉積、先包覆前驅(qū)體再高溫處理二種。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，所述化學(xué)鍍方法是對負(fù)極材料在重鉻酸鉀、高錳酸鉀或硫代硫酸鹽的氧化下，分別經(jīng)氯化錫和氯化鈀敏化和活化后，在硫酸銅或硝酸銀溶液中電鍍。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，所述化學(xué)氣相沉積處理是以碳?xì)浠衔餅樘荚矗?00-800乇壓力和800-1200℃溫度或以硅烷類化合物為硅源在600-800乇壓力和500-800℃下進(jìn)行沉積處理。
鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，所述先包覆液相前驅(qū)體再高溫處理是將負(fù)極材料與瀝青、樹脂混合均勻，在惰性氣氛和900-1200℃條件下處理3-6小時(shí)。
本發(fā)明方法對鋰離子電池負(fù)極材料的改性提高了鋰離子電池負(fù)極的儲(chǔ)鋰容量、循環(huán)特性、動(dòng)力學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
選用平均直徑150nm的納米炭纖維首先在重鉻酸鉀溶液中氧化1小時(shí)，再分別于氯化錫和氯化鈀溶液中敏化和活化，之后在硫酸銅溶液中電鍍，得到表面包覆銅的納米炭纖維負(fù)極材料；將其與高溫瀝青均勻混合后在氬氣氣氛下1100℃處理3小時(shí)，得到表面包覆銅和碳層的納米炭纖維負(fù)極材料。按常規(guī)鋰離子電池負(fù)極評價(jià)方法檢測結(jié)果為500次循環(huán)充放電后容量提高10％，首次容量提高30％，首次效率保持不變。
實(shí)施例2選用平均直徑250nm的納米炭纖維首先在重鉻酸鉀溶液中氧化1小時(shí)，再分別于氯化錫和氯化鈀溶液中敏化和活化，之后在硝酸銀溶液中電鍍，得到表面包覆銀的納米炭纖維負(fù)極材料；以丙烷為碳源在1000℃下化學(xué)氣相沉積2小時(shí)，得到表面包覆銀和碳層的納米炭纖維負(fù)極材料。按常規(guī)鋰離子電池負(fù)極評價(jià)方法檢測結(jié)果為500次循環(huán)充放電后容量提高15％，首次容量提高35％，首次效率保持不變。
實(shí)施例3選用平均直徑90nm的納米炭管(10wt％)/中間相炭微球復(fù)合負(fù)極材料首先在重鉻酸鉀溶液中氧化1小時(shí)，再分別于氯化錫和氯化鈀溶液中敏化和活化，之后在硝酸銀溶液中電鍍，得到表面包覆銅的復(fù)合負(fù)極材料；以丙烷為碳源在1000℃下化學(xué)氣相沉積2小時(shí)，得到表面包覆銅和碳層的復(fù)合負(fù)極材料。按常規(guī)鋰離子電池負(fù)極評價(jià)方法檢測結(jié)果為500次循環(huán)充放電后容量提高18％，首次容量提高30％，首次效率保持不變。
實(shí)施例4選用平均直徑200nm的納米炭纖維(重量比8％)/天然石墨復(fù)合負(fù)極材料，首先在重鉻酸鉀溶液中氧化1小時(shí)，再分別于氯化錫和氯化鈀溶液中敏化和活化，之后在硝酸銀溶液中電鍍，得到表面包覆銀的復(fù)合負(fù)極材料；將其與高溫瀝青均勻混合后在氬氣氣氛下1100℃處理3小時(shí)得到表面包覆銀和碳層的復(fù)合負(fù)極。按常規(guī)鋰離子電池負(fù)極評價(jià)方法檢測結(jié)果為500次循環(huán)充放電后容量提高20％，首次容量提高20％，首次效率保持不變。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，負(fù)極材料為一維納米炭材料或一維納米炭材料與炭質(zhì)、錫基、硅基材料的復(fù)合物，一維納米炭材料的直徑范圍在1nm-500nm之間，其特征在于對負(fù)極材料表面進(jìn)行金屬與非金屬間隔多層包覆處理，金屬采用錫、銅、銀、鉻，非金屬采用碳、硅、硼。
2.按照權(quán)利要求1所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于在所述負(fù)極材料上第一層包覆金屬有錫、銅、銀、鉻。
3.按照權(quán)利要求2所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于在所述負(fù)極材料上第一層包覆金屬的方法是化學(xué)鍍。
4.按照權(quán)利要求2所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于在所述負(fù)極材料上第二層包覆非金屬，碳、硅、硼
5.按照權(quán)利要求4所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于在所述負(fù)極材料上第二層包覆非金屬的方法有化學(xué)氣相沉積、先包覆液相前驅(qū)體再高溫處理二種。
6.按照權(quán)利要求3所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于所述化學(xué)鍍方法是負(fù)極材料在重鉻酸鉀、高錳酸鉀或硫代硫酸鹽氧化，再經(jīng)氯化錫敏化和氯化鈀活化，最后在硫酸銅或硝酸銀溶液中電鍍。
7.按照權(quán)利要求5所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于所述化學(xué)氣相沉積處理是以碳?xì)浠衔餅樘荚矗?00-800乇壓力和800-1200℃溫度或以硅烷類化合物為硅源在600-800乇壓力和500-800℃下進(jìn)行沉積處理。
8.按照權(quán)利要求5所述鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，其特征在于所述先包覆液相前驅(qū)體再高溫處理是將負(fù)極材料與瀝青、樹脂混合均勻，在惰性氣氛和900-1200℃條件下處理3-6小時(shí)。
全文摘要
一種鋰離子電池負(fù)極材料的改性方法，負(fù)極材料為一維納米炭材料或一維納米炭材料與碳質(zhì)、錫基、硅基材料的復(fù)合物，一維納米炭材料的直徑范圍在1nm－500nm之間，其特征在于對負(fù)極材料表面進(jìn)行金屬與非金屬間隔多層包覆處理，金屬采用錫、銅、銀、鉻，非金屬采用碳、硅、硼。本發(fā)明方法對鋰離子電池負(fù)極材料的改性提高了鋰離子電池負(fù)極的儲(chǔ)鋰容量、循環(huán)特性、動(dòng)力學(xué)性能。
文檔編號H01M4/04GK1705148SQ20041002060
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者劉暢, 成會(huì)明, 張勇, 張緒剛, 李峰, 王作明 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所