一種提高鋰離子電池負極材料SnS₂電化學性能的方法

2023-06-01 17:22:11 1

專利名稱：一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能的方法，屬於高 能電池技術領域。
背景技術：
鋰離子電池是現階段在電子產品中廣泛應用的電源設備，在不斷的研究開 發中，在電動汽車、航天和儲能等方面的應用需求也逐漸增加。為了滿足對高 性能鋰離子電池的需求，近年來對鋰離子電池的正、負極材料、隔膜等方面的 研究愈漸增加，對高性能負極材料的開發也成為該領域研究的重點之一，受到 廣泛關注。
硫化錫負極材料屬於錫基複合材料中的一種，其本身具有高的電化學充放 電容量特性，具有發展成為高性能鋰離子電池負極材料的潛力，也是鋰離子電 池負極材料研究領域的一個關注點。國外在這方面開展了一定的研究工作，國 內開展了初步的工作，總的說來，在SnS2作為鋰離子電池負極材料方面，還需 要很多工作以改進這種材料的電化學性能，目前屬於探索研究階段。現階段， 這種材料作為鋰離子電池負極材料遇到的一個主要問題是充放電循環性能不 好， 一些研究者通過材料的改性，如添加導電劑、減小材料顆粒尺寸等手段， 以期改善這種負極材料的循環穩定性、充放電容量等電化學性能，目前在這方 面工作處於對新工藝、新方法的研究探索中。在本工作的研究過程中，開始採 用水熱合成法製備了 SnS2材料，作為鋰離子電池的負極材料。以該材料作為工 作電極，金屬鋰為對電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液，在 氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。在電流密度為50mA/g的條件下，該負極材 料首次放電(嵌鋰)比容量及充電(脫鋰)比容量分別為1705mA*h/g、 798mA*h/g， 20周之後的充電(脫鋰)比容量保持率為43.6%。為了進一步提高這種負極材料的 電化學性能，在本發明中採用摻碳溼磨複合方法對SnS2進行改性。

發明內容
本發明目的是為了更進一步提高鋰離子電池負極材料SnS2的電化學性能， 採用摻碳溼磨複合方法對鋰離子電池負極材料SnS2進行改性。
在本方法中，採用溼磨工藝對SnS2材料進行摻碳複合。在溼磨工藝中以SnS2 材料、碳納米管和聚偏氟乙烯(PVDF)粘結劑為溶質，N-甲基吡咯烷酮為溶 劑，即在加入N-甲基吡咯垸酮溶劑的條件下，同時加入粘結劑聚偏氟乙烯 (PVDF)，在球磨罐中設定球磨轉數和球磨時間將SnS2材料與碳納米管進行復 合，並以此作為鋰離子電池的負極材料。由此溼磨複合工藝得到的含SnS2活性 物質的負極材料為粘稠漿料狀，這樣可直接在銅箔上塗片，這也進而簡化了電 極製備工藝。將所製備極片作為工作電極用於鋰離子模擬電池中，此負極材料 表現出很高的充放電比容量，電壓平臺較長，循環性能也有所提高。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
本發明的一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能的方法，具體步驟 如下
(1) 將SnS2材料與碳納米管在研缽中混合，其質量比為(5 1): 1，研磨 均勻後，把混合物放入3^磨罐中；
(2) 在球磨罐中加入PVDF粘結劑及N-甲基吡咯垸酮溶劑，並放入磨球， 進行SnS2材料的溼磨摻碳複合；其中SnS2材料、碳納米管和PVDF的質量和(單 位為g)與N-甲基吡咯烷酮體積(單位為ml)的比為l: (2 20)， SnS2材料、 碳納米管和PVDF的質量和(單位為g)與磨球的質量(單位為g)的比為1:
(4 14);
(3) 將球磨罐壓緊，裝入球磨機中，球磨轉數為200 400rpm，球磨時間 為2 10h，待球磨完成後，即得到槳料狀摻碳複合SnS2材料。
將摻碳複合SnS2材料直接在銅箔上進行塗片，製備成電極片；以該極片作 為工作電極，金屬鋰為對電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比l : l)為電解液， 在氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對模擬電池進行充放電測試，電壓範圍 為0 2.5V(vs丄i+7Li)，電流密度為50mA/g。
4有益效果
本發明工藝流程簡單易行，工藝條件容易控制，所獲得的SnS2複合材料在 鋰離子電池負極材料的應用中電化學性能得到提高，顯示了更高的比容量及更 好的循環性能。


圖1為充放電曲線圖，圖中(I)為未經過摻碳溼磨改性的SnS2材料在 50mA/g電流密度下第一周充放電曲線；(II)為摻碳複合SnS2材料在50mA/g 電流密度下第一周充放電曲線；
圖2為循環容量曲線圖，圖中(I)為未經過摻碳溼磨改性的SnS2材料在 50mA/g電流密度下循環容量曲線；(II )為摻碳複合SnS2材料在50mA/g電流密 度下循環容量曲線。
具體實施方式
實施例
(1) 稱取0.62§的81^2材料與0.2^的碳納米管，在研缽中混合均勻，放 入球磨罐中；
(2) 在球磨罐中加入10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF，並放入 8.68g的磨球；
(3) 將球磨罐壓緊，裝入球磨機中，設置球磨轉數為350rpm，球磨時間為 4h，每30分鐘暫停15分鐘，進行溼磨複合，即得到漿料狀摻碳複合SnS2材料。
將摻碳複合SnS2材料直接在銅箔上進行塗片，製備成電極片。以該極片作 為工作電極，金屬鋰為對電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液， 在氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對模擬電池進行充放電測試，電壓範圍 為0 2.5V(vsii+/Li)，電流密度為50mA/g。
對比例
0.62g未經過摻碳溼磨改性的SnS2材料、0.21g導電劑乙炔黑、10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF在研缽中混合均勻，得到漿料狀負極材料，將所 獲得的漿料狀材料直接在銅箔上進行塗片，製備成電極片。以該極片作為工作 電極，金屬鋰為對電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液，在氬 氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對模擬電池進行充放電測試，電壓範圍為0 2.5V(vs丄iVLi)，電流密度為50mA/g。
實施例的第一周充放電曲線如圖1 (II)所示，測得實施例的首次放電(嵌 鋰)比容量及充電(脫鋰)比容量分別為3166mA"h/g、 1740mA*h/g;對比例的第一 周充放電曲線如圖1 ( I )所示，觀i條對比例的首次放電(嵌鋰)比容量及充電(脫 鋰)比容量分別為1705mA*h/g、 798mA*h/g;實施例的SnS2材料在50mA/g電流 密度下循環容量曲線如圖2 (II)所示，其20周之後的充電比容量保持率為 52.5%，對比例的SnS2材料在50mA/g電流密度下循環容量曲線如圖2 ( I )所 示，其20周之後的充電比容量保持率為43.6%。
權利要求
1.一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能的方法，其特徵在於(1)將SnS2材料與碳納米管在研缽中混合，研磨均勻後，把混合物放入球磨罐中；(2)在球磨罐中加入PVDF粘結劑及N-甲基吡咯烷酮溶劑，並放入磨球，進行SnS2材料的溼磨摻碳複合；(3)將球磨罐壓緊，裝入球磨機中，設定球磨轉數及球磨時間，待球磨完成後，即得到漿料狀摻碳複合SnS2材料。
2. 根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能 的方法，其特徵在於步驟(1)中的SnS2材料與碳納米管的質量比為(5 1): 1。
3. 根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能 的方法，其特徵在於步驟(2)中的SnS2材料、碳納米管和PVDF的 質量和(單位為g)與N-甲基吡咯烷酮體積(單位為ml)的比為1: (2 20)。
4. 根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能 的方法，其特徵在於步驟(2)中的SnS2材料、碳納米管和PVDF的 質量和(單位為g)與磨球的質量(單位為g)的比為l: (4 14)。
5. 根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能 的方法，其特徵在於步驟(3)中的球磨轉數為200 400rpm，球磨時 間為2 10h。
全文摘要
本發明涉及一種提高鋰離子電池負極材料SnS2電化學性能的方法，屬於高能電池技術領域。在本發明中，採用溼磨工藝對SnS2材料進行摻碳複合，以聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結劑，N-甲基吡咯烷酮為溶劑，在球磨罐中將SnS2材料與碳納米管進行複合，得到含有SnS2活性物質的漿料狀材料，並以此改性的SnS2作為鋰離子電池的負極材料。本發明工藝流程簡單易行，工藝條件容易控制，所獲得的SnS2複合材料在鋰離子電池負極材料的應用中電化學性能得到提高，顯示了更高的比容量及更好的循環性能。
文檔編號H01M4/04GK101609885SQ20091008942
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月20日 優先權日2009年7月20日
發明者婷 萬, 鋒 吳, 吳伯榮, 凱 楊, 敬 王, 穆道斌, 實 陳 申請人:北京理工大學