專利名稱：鋰離子電池負極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及鋰離子電池負極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的鋰離子的負極材料有硬碳、天然石墨，中間相碳微珠。不同碳材料在微觀形態(tài)、表面官能團、孔隙度粒度、結(jié)晶度、雜質(zhì)等多方面存在差異，對其化學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)行為、結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系均進行了廣泛而深入地研究，從動力學(xué)角度考慮，菱形石墨含量的提高促進了鋰離子的嵌入。鋰離子可占據(jù)相界面的不規(guī)則位，由于以極慢的速度嵌入，電化學(xué)容量可大于石墨的理論容量372mAh/g。理想的負極材料的電極電位應(yīng)與金屬鋰接近，石黑的電極由位從0.4到零(相對于Li+/Li)之間變化，是比較合適的負極材料。碳材料具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。石墨化程度低和動力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良的碳材料循環(huán)性較好。
為了提高鋰離子電池負極材料的性能，采用引入金屬元素，表面處理，引入非金屬進行改性。
目前用碳、天然石墨作負極材料存在問題是安全性差的問題和可逆容量較低以及與電解液相容性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些缺點，提供一種能夠提高安全性能，提高可逆容量又和電解液更好地相容的負極材料制作方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案1.材料①非晶態(tài)硅其結(jié)構(gòu)特征是短程有序而長程無序具有十分獨特的物理性能，很容易形成異質(zhì)結(jié)，并有很低的界面態(tài)，很容易實現(xiàn)高濃度可控摻雜。
②多晶硅純度達半導(dǎo)體級的呈多晶體的硅材料，形態(tài)分為棒狀、塊狀及顆粒狀，是制造單晶硅的原材料，灰色金屬光澤、硬而脆。
③硅單晶，呈單晶體的半導(dǎo)體硅材料，良好的導(dǎo)熱率及高溫力學(xué)性能，優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)，有直拉硅單晶、區(qū)熔硅單晶、磁拉硅單晶。
④碳材料為硬碳、天然石墨。
2.合成負極材料的設(shè)備在高能振動式球磨機中進行，用高純Ar氣或高純N2氣保護，球磨罐中內(nèi)裝一圓柱形磨塊，轉(zhuǎn)速400-1500轉(zhuǎn)/分，按要求采用在一定時間選取適量的樣品供分析用，可以按需要在高振動式球磨機中裝入碼腦球或陶瓷球，起攪拌和研磨作用。
3.檢測取樣品出來測試納米硅粒度尺寸40-110nm。
4.配比秤取碳原料和硅、碳和硅的比例是C∶Si＝3∶1～5∶1。
5.將上述比例的配料置入高能振動式球磨機中。
6.加入占整個重量0.01-0.03％的稀土氧化物L(fēng)a2O3、Nd2O3。
7.將上述配合料在高能振動式球磨機中混合研磨10-150小時(加高純Ar或N2保護)。
8.取出測量粒度在30-100nm。
9.將上述料進行電性能測試。
測試實驗①材料和電解液a.材料上述合成的鋰離子電池負極材料b.電解液混合溶劑1mol/L、LiClO4/EC+DEC(1∶1)。
②實驗步驟制好負極片、正極片用LiCoO2材料組裝成模擬電池。
A.充放電性能測試恒電流充放電實驗采用恒電流法進行充、放電，電流強度為15.0mA/g循環(huán)過程中的電位范圍控制在精度為1mA；b.粉末微電極循環(huán)伏安實驗所用電解池為兩電極體系，工作電極為粉末微電極，輔助電極為電池極鋰片，掃描范圍為0.0～2.0V，掃描速度為1mV/S，從2.0V開始起掃。
初始可逆容量達1850mAh/g，容量第10次還可達1725mah/g以上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
1.發(fā)明人在做探索性研究實驗時發(fā)現(xiàn)，在用高能振動式球磨機合成負極材料時不用Ar或N2氣保護時，發(fā)生氧化現(xiàn)象，用氬氣(Ar)、氮(N2)氣保護，防止了氧化，保證了質(zhì)量，具有效果好的優(yōu)點。
2.本發(fā)明中的鋰離電池碳負極材料具有高的可逆比容量(大于1000mah/g)和優(yōu)良的循環(huán)可逆性能。
3.選用價廉易得到的硬碳、天然石墨改性，降低了成本，具有良好的經(jīng)濟效益和工業(yè)化前景。
4.本機械合金化的方法和其他合成方法相比是簡單易行的方法，正在受到眾多同行的重視，不僅降低了成本而且安全性好。
具體實施例方式
實施例1用1000g非晶硅(純度99.99％)置入清洗干凈的高能球磨機，充進高純(大于99.99％)氬(Ar)氣保護防氧化，在轉(zhuǎn)速650轉(zhuǎn)/分的高速球磨機中研磨，每20小時停機取樣測粒度，磨到80nm時為止。再將硬碳按下述比例置入C0.82Si0.18，再加入按重量百分數(shù)0.01％La(0.1g)，加入高能球磨機中，充高純度氬(Ar)氣每10小時取一次樣品檢查粒度，達到80nm時即停機，取出磨好的負極材料制成負極片作成模擬電池，測試初始可逆容量達1156mAh/g，20次循環(huán)后還可達到950mAh/g。
實施例2用1000g多晶硅(純度99.99％)置入清潔干凈的高能球磨機，以下同實施例1，測得初始可逆容量達到1245mAh/g，20次循環(huán)后還可達到980mAg/g。
實施例3用1000g單晶硅(純度99.99％)置入清潔干將的高能球磨機，以下同實施例1，測得初始可逆容量達到1280mAh/g，20次循環(huán)后不定還可達到1056mAh/g。
實施例4將實施例1中的硬碳換成天然石墨，其他同實施例1，測初始可逆容量達1315mAh/g，20次循環(huán)后，還可達到1085mAh/g。
實施例5將1000g非晶硅(純度99.99％)，加入重量百分數(shù)0.01％Nd2O3裝入高能球磨機中，充高純度氬(Ar)氣，每10小時取一次樣品檢查粒度，達到80nm時停機，取出磨好的負極材料制成負極片，作成模擬電池，測試的初始容量達1768mAh/g，容量在第10次還可達到1756mAh/g。
實施例6將實施例5中加重量百分數(shù)0.01％Nd2O3換成0.01％La2O3，其他同實施例5，作成模擬電池，測試初始容量達1724mAh/g，容量在第10次還可達到1695mAh/g。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池負極材料的制作方法，其特征是，將硅材料或硅與碳材料以及摻入少量稀土氧化物置入高能球磨機中，用氬氣或氮氣保護防氧化，研磨到50-100nm得到比容量高、安全性好的納米負極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料的制作方法，其特征是，硅材料為非晶硅和晶體硅材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料的制作方法，其特征是，碳材料為硬碳或天然石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料的制作方法，其特征是，摻入少量稀土氧化物L(fēng)a2O3和Nd2O3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料的制作方法，其特征是，加入碳和硅的比例為3∶1到5∶1。
全文摘要
本發(fā)明名稱為鋰離子電池負極材料的制作方法，涉及鋰離子電池負極材料的制作方法。將硅材料或硅與碳(C)以及摻入的0.01％稀土氧化物L(fēng)a
文檔編號H01M4/04GK1705150SQ200410042650
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者潘樹明 申請人:潘樹明