專利名稱：一種鋰電池負極材料的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng)Li+Mn02 = LiMn02該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。目前，隨著可移動電子設(shè)備對高容量、長壽命電池需求的日益增長，人們對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高，所以鋰電池生產(chǎn)要在特殊的環(huán)境條件下進行。鋰電池主要優(yōu)點能量比比較高，目前已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；使用壽命長，使用壽命可達到6年以上；額定電壓高(單體工作電壓為3. 7V或3. 2V)，約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；具備高功率承受壓力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到/月以下，不到鎳氫電池的1/20 ； 綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。由于鋰電池的很多優(yōu)點，鋰電池被廣泛的應(yīng)用在電子儀表、數(shù)碼和家電產(chǎn)品上。但是，鋰離子電池容量偏低已成為制約電池工業(yè)發(fā)展的一個瓶頸，尋找更高比容量的正極材料和負極材料已成為電池材料領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。自20世紀90年代初SONY 公司推出商業(yè)化的鋰離子電池以來，正極材料的比容量一直相對偏低，該問題始終沒有大的突破，其研究焦點是尋找新的正極材料體系，降低正極材料的成本，提高正極材料的安全性能。目前商業(yè)化的負極材料是碳，自鋰離子電池商業(yè)化以來，碳材料的研究獲得了長足的進步，實際比容量提高很快，已經(jīng)接近372mAhI^的理論值，很難再有提升的空間。尋找替代碳的負極材料成為一個重要的發(fā)展方向，Si、Sn、Al、Sb等材料以其較高的理論比容量受到鋰離子電池材料界的矚目。硅具有很多優(yōu)點，地球上儲量豐富、成本較低、對環(huán)境無害。硅和鋰能形成合金，具有4種相態(tài)Lil2Si7、Lil3 Si4、Li7 Si3和Li22 Si5。硅具有較高的理論比容量(Li22 Si5 :4200mAhPg)和較低的嵌鋰電位(vsLi+PLi)，因而是一種非常有發(fā)展前途的鋰離子電池負極材料。然而在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應(yīng)將伴隨310%的體積變化，易引起電極開裂和活性物質(zhì)脫落，從而導(dǎo)致電極循環(huán)性能惡化。解決這個問題的思路之一是合成硅基復(fù)合物，緩沖電極的體積膨脹，提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法，通過該方法制備的負極材料具備充放電效率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點。
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本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟1)碳化硅微粉、銅粉、鋁粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合攪拌 30分鐘。2)球磨罐進行排空氣體，并充入氬氣，將步驟1)獲得的混合原料裝入球磨罐中進行60小時的球磨處理制得復(fù)合材料，其中球磨罐采用聚胺脂磨罐，磨球為天然瑪瑙，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，球料重量比為8 1。3)在步驟2、獲得復(fù)合材料中添加75%乙醇，其中復(fù)合材料和75%乙醇的比例為 1克1. 5毫升，攪拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比為 10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作為成膜助劑，攪拌制得漿料，涂布于圓銅片上，然后在60°C下放置15小時，進行退火處理，水冷卻后，100°C下烘干，裁剪，最后在氬氣保護氣氛下600°C燒結(jié)4小時，即得本發(fā)明負電極材料。所述碳化硅粉末優(yōu)選按照如下步驟制備而成選取粒徑為3mm的碳化硅段砂，然后除鐵、除碳，進行堿洗，晾曬并烘干，然后進行氣流磨粉碎，然后用不同目徑的粉篩網(wǎng)進行篩分，粒徑在15-16um和^_30um兩種碳化硅微粉，最后將兩種碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得，其中三氧化二鐵的含量控制在0. 05%以內(nèi)，碳的含量控制在0. 05%以內(nèi)。所述銅粉優(yōu)選由銅片球磨30小時，然后過200目篩得。所述鋁粉優(yōu)選由鋁片球磨12小時，然后過200目篩得。所述石墨粉，優(yōu)選其粒徑為300目。所述退火處理的條件優(yōu)選為溫度為420°C，保溫時間為120秒，退火氣氛選用氮氣和氨氣的混合氣氛，二者體積比為4 1。本發(fā)明制備工藝簡單有效，通過簡單的操作步驟，即可獲得理想的負極材料，節(jié)省了中間繁瑣的流程步驟，更為環(huán)保簡易。本發(fā)明制備獲得的負極材料具備充放電效率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用價值。
具體實施例方式實施例1鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟1)碳化硅微粉、銅粉、鋁粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合攪拌 30分鐘。2)球磨罐進行排空氣體，并充入氬氣，將步驟1)獲得的混合原料裝入球磨罐中進行60小時的球磨處理制得復(fù)合材料，其中球磨罐采用聚胺脂球磨罐，磨球為天然瑪瑙，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，磨球與復(fù)合材料重量比為8 1。3)在步驟2)獲得復(fù)合材料中添加75%乙醇(V/V)，其中復(fù)合材料和75%乙醇的比例為1克1. 5毫升，攪拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比為10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作為成膜助劑，攪拌制得漿料，涂布于圓銅片上，然后在60°C下放置15小時，進行退火處理，水冷卻后，100°C下烘干，裁剪，最后在氬氣保護氣氛下600°C燒結(jié)4小時，即得負電極材料。
實施例21)原材料的制備按照如下步驟制備而成選取粒徑為3mm的碳化硅段砂，然后除鐵、除碳，進行堿洗，晾曬并烘干，然后進行氣流磨粉碎，然后用不同目徑的粉篩網(wǎng)進行篩分，粒徑在15-1611111和四-3011111兩種碳化硅微粉，最后將兩種碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得本發(fā)明所需碳化硅微粉，其中三氧化二鐵的含量控制在0. 05 %以內(nèi)，碳的含量控制在0.05%以內(nèi)。銅粉由銅片球磨30小時，然后過200目篩得。鋁粉由鋁片球磨12小時， 然后過200目篩得。石墨粉粒徑為300目。將上述制備獲得的碳化硅微粉、銅粉、鋁粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合攪拌30分鐘。2)球磨罐進行排空氣體，并充入氬氣，將步驟1)獲得的混合原料裝入球磨罐中進行60小時的球磨處理制得復(fù)合材料，其中球磨罐采用聚胺脂球磨罐，磨球為天然瑪瑙，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，磨球與復(fù)合材料重量比為8 1。3)在步驟2)獲得復(fù)合材料中添加75%乙醇(V/V)，其中復(fù)合材料和75%乙醇的比例為1克1. 5毫升，攪拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比為10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作為成膜助劑，攪拌制得漿料，涂布于圓銅片上，然后在60°C下放置15小時，進行退火處理，經(jīng)過水冷卻后，100°C下烘干，裁剪，最后在氬氣保護氣氛下600°C燒結(jié)4小時，即得負電極材料。其中退火處理的條件為溫度為 420°C，保溫時間為120秒，退火氣氛選用氮氣和氨氣的混合氣氛，二者體積比為4 1。產(chǎn)品性能參數(shù)測定采用新威電池測試系統(tǒng)對材料進行恒流充放電循環(huán)性能測試，充放電電流密度為 0. 2mA/cm2,電壓范圍為 0. 01-2V(Li+/Li)。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟1)碳化硅微粉、銅粉、鋁粉、石墨粉按照重量比10:2:1: 1的比例混合攪拌30分鐘；2)球磨罐進行排空氣體，并充入氬氣，將步驟1)獲得的混合原料裝入球磨罐中進行60 小時的球磨處理制得復(fù)合材料，其中球磨罐采用聚胺脂磨罐，磨球為天然瑪瑙，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，球料重量比為8 1 ；3)在步驟幻獲得復(fù)合材料中添加75%乙醇，其中復(fù)合材料和75%乙醇的比例為1 克1.5毫升，攪拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比為 10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作為成膜助劑，攪拌制得漿料，涂布于圓銅片上，然后在60°C下放置15小時，進行退火處理，水冷卻后，100°C下烘干，裁剪，最后在氬氣保護氣氛下600°C燒結(jié)4小時，即得；所述碳化硅粉末優(yōu)選按照如下步驟制備而成選取粒徑為3mm的碳化硅段砂，除鐵、除碳，進行堿洗，晾曬并烘干，然后進行氣流磨粉碎，然后用不同目徑的粉篩網(wǎng)進行篩分，獲得粒徑在15-16um和^_30um兩種碳化硅微粉，最后將兩種碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得，其中三氧化二鐵的含量控制在0. 05%以內(nèi)，碳的含量控制在0. 05%以內(nèi)。 所述銅粉優(yōu)選由銅片球磨30小時，然后過200目篩得； 所述鋁粉優(yōu)選由鋁片球磨12小時，然后過200目篩得； 所述石墨粉，優(yōu)選其粒徑為300目；所述退火處理的條件優(yōu)選為溫度為420°C，保溫時間為120秒，退火氣氛選用氮氣和氨氣的混合氣氛，二者體積比為4 1。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法制備得到負電極材料。
3.權(quán)利要求2所述的負電極材料在鋰電池制備中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電池負極復(fù)合材料，其由碳化硅微粉、銅粉、鋁粉、石墨粉等按照一定比例制備而成。本發(fā)明還涉及一種鋰電池負極復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡單有效，節(jié)省了中間繁瑣的流程步驟，更為環(huán)保簡易。本發(fā)明制備獲得的負極材料具備充放電效率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用價值。
文檔編號H01M4/139GK102354740SQ201110289830
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者胡尊奎 申請人:胡尊奎