一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法
2023-04-30 12:49:51
專利名稱：一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法
技術領域：
本發明涉及一種電池負極材料製備方法，尤其涉及一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法。
背景技術：
鋰離子電池由於其能量密度高，循環性能好，自其商品化以來已經得到了廣泛的應用，逐漸取代了傳統的鉛酸電池等化學電源。鋰離子電池的應用很大程度上取決於其充放電循環的穩定性，與其它二次電池一樣，鋰離子電池在循環過程中容量衰減是難以避免的。由於鋰離子電池在充放電過程中過充電或過放電、電解液分解、SEI膜的形成、活性物質的溶解及其它因素會導致電池容量損失，因此分析鋰離子電池容量衰減的原因，對進行研究開發及生產應用有著重要的作用，也有利於提高產品的質量。·
石墨通過LiC6化合物可逆存儲Li+機理，其理論可逆容量372mAh/g，實際的商品化石墨材料容量一般在320-360mAh/g，石墨材料具有性能穩定，電壓平臺低，循環性好等特點，由於容量相對較低，難於滿足諸如筆記本電腦、行動電話和可攜式數碼產品等不斷對超輕超薄、高能量密度電池的要求。與石墨負極材料相比，錫基負極材料具有更高的比容量，金屬錫通過合金機理儲鋰，理論容量達到994mAh/g。因此，錫碳負極材料已經成為鋰電池的一個重要研發方向，錫碳負極材料與其他金屬基材料一樣，錫碳材料在脫嵌鋰的過程中，存在著嚴重的體積效應，造成電極的循環穩定性變差，材料在電化學循環過程中易粉化，造成嚴重的安全隱患。目前迫切需要提供一種循環穩定性高，質量比容量高，能進一步減小電池的體積，增進電池的安全性能的錫碳負極材料的製備方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法，使用該方法製備的錫碳負極複合材料的鋰離子電池具有穩定性好、容量高、體積小、使用壽命長等特點。為了實現上述目的，本發明提供的一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法包括如下步驟
步驟I，配置反應溶液
將SnCl3溶解於甲苯，得到的濃度為20wt%-30wt%溶液1，將環氧樹脂溶解於正丁醇，得到濃度為10wt%-12wt%的溶液2，將氨水溶解於乙二醇的混合物中，得到濃度為10wt%-15wt% 溶液 3 ；
步驟2，反應得到凝膠/碳體系
將溶液I和溶液2混合均勻得到溶液4，將粒徑為10-20 μ m的炭黑粉末加入溶液4中強烈攪拌均勻得到固液混合物漿料5，在攪拌的條件下加熱混合物漿料5至80-90°C，並向該混合物漿料內滴加溶液3，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個體系的粘度不斷增大，溶液3滴加至整個體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/碳混合體系；步驟3,乾燥
步驟4，熱處理碳化得到錫碳負極複合材料。其中，步驟3所述乾燥方法優選為
將該凝膠/石墨混合體系轉入真空乾燥箱內，在溫度150-20(TC條件下進行乾燥，等溶劑完全排除後，再在該溫度下保溫2-4小時，然後將溫度升至220-250°C並保溫4_6小時，最後自然降溫至常溫，得到乾燥物料。其中，步驟4所述熱處理碳化方法優選為
所得的乾燥物料置於碳化爐中，在惰性氣體保護下加熱碳化，碳化溫度為800-1000°C，碳化時間為2-4小時，之後自然降溫冷卻，得到錫碳納米複合材料。本發明還提供了一種上述任意方法製備的方法製備的鋰電池錫碳負極複合材料。 本發明由於採用了凝膠法以及特有的原料配比，使得製備的錫碳負極複合材料，具有良好的循環穩定性、高質量比容量，用於鋰離子電池時，容量高，循環穩定性好，使用壽命長。
具體實施例方式實施例一
配置反應溶液
將SnCl3溶解於甲苯，得到的濃度為20wt%溶液1，將有環氧樹脂溶解於正丁醇，得到濃度為10wt%的溶液2，；將氨水溶解於乙二醇的混合物中，得到濃度為10wt%溶液3。反應得到凝膠/碳體系
將溶液I和溶液2混合均勻得到溶液4 ;將粒徑為10 μ m的炭黑粉末加入溶液4中強烈攪拌均勻得到固液混合物漿料5，在攪拌的條件下加熱混合物漿料5至80°C，並向該混合物漿料內滴加溶液3，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個體系的粘度不斷增大，溶液3滴加至整個體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/碳混合體系；
乾燥
將該凝膠/石墨混合體系轉入真空乾燥箱內，在溫度150°C條件下進行乾燥，等溶劑完全排除後，再在該溫度下保溫2小時，然後將溫度升至220°C並保溫4小時，最後自然降溫至常溫，得到乾燥物料。熱處理碳化得到錫碳負極複合材料
所得的乾燥物料置於碳化爐中，在惰性氣體保護下加熱碳化，碳化溫度為800°C，碳化時間為2小時，之後自然降溫冷卻，得到錫碳納米複合材料。實施例二 配置反應溶液
將SnCl3溶解於甲苯，得到的濃度為30wt%溶液1，將有環氧樹脂溶解於正丁醇，得到濃度為12wt%的溶液2，；將氨水溶解於乙二醇的混合物中，得到濃度為15wt%溶液3。反應得到凝膠/碳體系
將溶液I和溶液2混合均勻得到溶液4 ;將粒徑為20 μ m的炭黑粉末加入溶液4中強烈攪拌均勻得到固液混合物漿料5，在攪拌的條件下加熱混合物漿料5至90°C，並向該混合物漿料內滴加溶液3，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個體系的粘度不斷增大，溶液3滴加至整個體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/碳混合體系；
乾燥
將該凝膠/石墨混合體系轉入真空乾燥箱內，在溫度200°C條件下進行乾燥，等溶劑完全排除後，再在該溫度下保溫4小時，然後將溫度升至250°C並保溫6小時，最後自然降溫至常溫，得到乾燥物料。熱處理碳化得到錫碳負極複合材料
所得的乾燥物料置於碳化爐中，在惰性氣體保護下加熱碳化，碳化溫度為1000°c，碳化時間為4小時，之後自然降溫冷卻，得到錫碳納米複合材料。比較例
將二氧化錫和石墨，按質量比I : 3稱取原料，經球磨機球磨搞拌5小時後，100°C乾燥 12小時，後置於流動氮氣保護下燒結，恆溫4小時，後自然降至常溫。所得半成品取出後經200目篩後，按半成品與浙青質量比4 I稱取浙青，經球磨攪拌後，120°C乾燥10小時，放入箱式爐中流動氮氣保護下以同樣模式燒結，樣品取出後過200目篩得到錫碳混合物。將合成的實施例一、二及比較例的樣品、乙炔黑、黏貼劑PVDF按質量比85 : 5 : 10混合成漿料，均勻塗於銅箔上，製作成規格相同的負極裝入模擬電池中作充放電測試。電解液為1.5mol/L LiPF6的EC (乙基碳酸酯)+DMC (二甲基碳酸酯)(體積比I I)溶液，隔膜為celgard2400膜，在充滿氬氣氣氛的手套箱內裝配成扣式電池，並在恆流O. 2C的條件下進行循環性能測試。該實施例一和二的的材料與比較例的材料相比，首次放電比容量提升了 20-30%以上，循環壽命提高了 50-60%以上。
權利要求
1.一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟I，配置反應溶液 將SnCl3溶解於甲苯，得到的濃度為20wt%-30wt%溶液1，將環氧樹脂溶解於正丁醇，得到濃度為10wt%-12wt%的溶液2，將氨水溶解於乙二醇的混合物中，得到濃度為10wt%-15wt% 溶液 3 ； 步驟2，反應得到凝膠/碳體系 將溶液I和溶液2混合均勻得到溶液4，將粒徑為10-20 μ m的炭黑粉末加入溶液4中強烈攪拌均勻得到固液混合物漿料5，在攪拌的條件下加熱混合物漿料5至80-90°C，並向該混合物漿料內滴加溶液3，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個體系的粘度不斷增大，溶液3滴加至整個體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/碳混合體系； 步驟3,乾燥 步驟4，熱處理碳化得到錫碳負極複合材料。
2.根據權利要I所述的方法，其特徵在於，步驟3所述乾燥方法為 將該凝膠/石墨混合體系轉入真空乾燥箱內，在溫度150-20(TC條件下進行乾燥，等溶劑完全排除後，再在該溫度下保溫2-4小時，然後將溫度升至220-250°C並保溫4_6小時，最後自然降溫至常溫，得到乾燥物料。
3.根據權利要I所述的方法，其特徵在於，步驟4所述熱處理碳化方法為 所得的乾燥物料置於碳化爐中，在惰性氣體保護下加熱碳化，碳化溫度為800-1000°C，碳化時間為2-4小時，之後自然降溫冷卻，得到錫碳納米複合材料。
4.一種如權利要求I所述方法製備的鋰電池錫碳負極複合材料。
全文摘要
本發明公開了一種鋰電池錫碳負極複合材料製備方法將SnCl3溶解於甲苯，得到溶液1，將有環氧樹脂溶解於正丁醇，得到溶液2，將氨水溶解於乙二醇的混合物中，得到溶液3；將溶液1和溶液2混合均勻得到溶液4，將炭黑粉末加入溶液4中強烈攪拌均勻得到固液混合物漿料5，在攪拌的條件下加熱混合物漿料5，並向該混合物漿料內滴加溶液3，滴加至整個體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/碳混合體系；乾燥、加熱碳化，得到錫碳納米複合材料。本發明由於採用了凝膠法以及特有的原料配比，使得製備的錫碳負極複合材料，具有良好的循環穩定性、高質量比容量，用於鋰離子電池時，容量高，循環穩定性好，使用壽命長。
文檔編號H01M4/38GK102891294SQ20121035760
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者姜波 申請人:上海錦眾信息科技有限公司