一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物的製備方法
2023-12-03 11:48:01 1
專利名稱：一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物的製備方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池負極材料的製備方法，特別涉及一種鋰離子電池錫基複合 金屬氧化物的製備方法。
背景技術：
由於鋰離子電池具有平均輸出電壓高、比能量大、放電電壓平穩、安全性高以及 工作壽命長等優越性能，目前廣泛應用於可攜式通訊設備、航空航天、空間軍事、儲 能設施等領域。目前，可攜式電子設備、電動汽車、混合電動汽車以及空間技術的 迅猛發展，對二次電池在比容量、循環壽命、安全性等方面提出了更高的要求。改進 和提高電池的電化學性能可從電極材料、電解質等多方面入手。目前商業化鋰離子電 池的負極材料是碳素材料，由於插鋰後碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，而且， 大多數的電解液在此電位下不穩定，並且電解質易在電極表面分解。當電池過充時， 碳電極表面易析出非常活潑的金屬鋰，它與電解液反應產生可燃氣體混合物。在極限 情況下，過量的鋰化碳陽極會著火而產生爆炸，因而給電池、特別是動力電池造成很 大的安全隱患。同時，石墨電極還存在電解液的共插入問題，這也影響電極的循環穩 定性。所以，尋找在比碳負極電位稍正的電位下嵌入鋰、廉價易得、安全可靠的新型 負極材料便是必要和迫切的。其中低電位過渡金屬氧化物及複合氧化物就是一類非常 有前景的鋰離子電池負極材料。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物 的製備方法，工藝簡單，所得到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率。
本發明一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物的製備方法，其特徵在於包 括如下步驟(1) 將摩爾比為2: 1: l的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶於一定質量的去離 子水中，然後往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌後形成透明溶液；
(2) 然後在100-15(TC下將溶液烘乾；
(3) 烘乾後的固體於250-500 'C下低溫焙燒，焙燒時間為4-6小時。；
(4) 待冷卻後，對低溫焙燒的產物進行球磨；
(5) 球磨後的細粉於600-100(TC的高溫下焙燒，得到產品。
其中優選的技術方案為
所述助燃劑為尿素、異丙醇中的一種，助燃劑的加入量為金屬鹽總質量的30-50%。
步驟(1)中加入去離子水的質量為金屬鹽總質量的3-5倍。
步驟(4)低溫焙燒後的產物的球磨時間為2小時，球料比為10:1。
步驟(5)球磨後的細粉高溫焙燒，溫度為600-1000。C，焙燒時間為2-5小時，升
溫和降溫的速率為1-10 °C/min。
本發明的優點在於製備設備和工藝簡單，成本低，適合工業化大規模生產。所得
到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率，且充放電時不形成SEI膜，不存在有
機電解質溶劑的共插入現象，提高的電極材料的穩定性和安全性。
具體實施例方式
實施例l:
分別取質量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶於兩升 的去離子水中，然後往溶液中加入200克的異丙醇，攪拌後形成透明溶液。然後在120 。C將溶液蒸乾，蒸乾後的固體在30(TC焙燒5小時。待樣品冷卻後，球磨2小時，球 料比為10:1。球磨後的細粉在馬弗爐中，以lQC/min升到800。C焙燒3小時，然後再 以l 。C/miii冷卻到室溫，得到產品。以下可按常規進行，以製得的產物為負極材料， 乙炔黑為導電劑，聚偏氟乙烯(PVDF )為粘接劑。電池負極的配比(重量比)為 活性物質(上述球磨後的負極材料)乙炔黑粘接劑=85:5:10 。加入一定量的N 一甲基毗咯垸酮(NMP)調勻成糊狀，均勻塗在10微米厚的銅箔上，碾壓烘乾得到工 作電極。以純鋰片為輔助電極，電解液為含鋰離子的有機電解液，隔膜為微孔聚乙烯 薄膜，裝配成扣式電池。在0.01V-3.0V的電壓範圍內，以0.05C的速度在電池測試 儀上進行充放電測試。首次可逆容量為571 mAh/g，首次充放電效率為84%，經過30次循環，可逆容量為437mAh/g，庫侖效率為97%。 實施例2:
分別取質量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(NCb)2和Sn(N03)2溶於兩升 的去離子水中，然後往溶液中加入200克的尿素，攪拌後形成透明溶液。然後在120 °C 將溶液蒸乾，蒸乾後的固體在40(TC焙燒5小時。待樣品冷卻後，球磨2小時，球料 比為10:1。球磨後的細粉在馬弗爐中，以l。C/miii升到800。C焙燒3小時，然後再以 1 T/min冷卻到室溫，得到產品。以下按實施例1所述的常規方法製備並測試。首次 可逆容量為723 mAh/g，首次充放電效率為85%，經過30次循環，可逆容量為530 mAh/g，庫侖效率為97%。
實施例3:
分別取質量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶於兩升 的去離子水中，然後往溶液中加入200克的尿素，攪拌後形成透明溶液。然後在120 °C 將溶液蒸乾，蒸乾後的固體在30(TC焙燒5小時。待樣品冷卻後，球磨2小時，球料 比為10:1。球磨後的細粉在馬弗爐中，以l。C/min升到1000 。C焙燒3小時，然後再 以1 °C/miii冷卻到室溫，得到產品。以下按實施例l所述的常規方法製備並測試。首 次可逆容量為674 mAh/g，首次充放電效率為83%，經過30次循環，可逆容量為489 mAh/g，庫侖效率為98%。
實施例4:
分別取質量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶於兩升 的去離子水中，然後往溶液中加入200克的尿素，攪拌後形成透明溶液。然後在120 °C 將溶液蒸乾，蒸乾後的固體在300 。C焙燒5小時。待樣品冷卻後，球磨2小時，球料 比為10:1。球磨後的細粉在馬弗爐中，以l(TC/min升到800 CC焙燒3小時，然後再 以l(TC/min冷卻到室溫，得到產品。以下按實施例l所述的常規方法製備並測試。首 次可逆容量為754 mAh/g，首次充放電效率為85%，經過30次循環，可逆容量為562 mAh/g，庫侖效率為98%。
實施例5:
分別取質量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶於兩升 的去離子水中，然後往溶液中加入200克的尿素，攪拌後形成透明溶液。然後在120 °C將溶液蒸乾，蒸乾後的固體在30(TC焙燒5小時。待樣品冷卻後，球磨2小時，球料 比為10:1。球磨後的細粉在馬弗爐中，以l。C/min升到800。C焙燒3小時，然後再以 1 °C/mhi冷卻到室溫，得到產品。以下按實施例1所述的常規方法製備並測試。首次 可逆容量為785 mAh/g，首次充放電效率為85%，經過30次循環，可逆容量為583 mAh/g，庫侖效率為98%。
權利要求
1、一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物的製備方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將摩爾比為2∶1∶1的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶於一定質量的去離子水中，然後往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌後形成透明溶液；(2)然後在100-150℃下將溶液烘乾；(3)烘乾後的固體於250-500℃下低溫焙燒，焙燒時間為4-6小時。；(4)待冷卻後，對低溫焙燒的產物進行球磨；(5)球磨後的細粉於600-1000℃的高溫下焙燒，得到產品。
2、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述助燃劑為尿素、異丙醇中的 一種。
3、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於步驟(1)中加入去離子水的質 量為金屬鹽總質量的3-5倍。
4、 根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述助燃劑的 加入量為金屬鹽總質量的30-50% 。
5、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於低溫焙燒後的產物的球磨時間為 2小時，球料比為10:1。
6、 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於球磨後的細粉高溫焙燒，溫度為 600-1000°C,焙燒時間為2-5小時，升溫和降溫的速率為l-l(TC/mii1。
全文摘要
一種鋰離子電池負極材料錫基複合金屬氧化物的製備方法，包括如下步驟(1)將摩爾比為2∶1∶1的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶於去離子水中，然後往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌後形成透明溶液；(2)然後在100-150℃下將溶液烘乾；(3)烘乾後的固體於250-500℃下低溫焙燒，焙燒時間為4-6小時；(4)待冷卻後，對低溫焙燒的產物進行球磨；(5)球磨後的細粉於600-1000℃的高溫下焙燒，得到產品。本發明工藝簡單，成本低，適合工業化大規模生產。所得到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率，且充放電時不形成SEI膜，不存在有機電解質溶劑的共插入現象，提高了電極材料的穩定性和安全性。
文檔編號H01M4/04GK101442115SQ20081015929
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者司維江, 禚淑萍, 勳 袁, 偉 邢, 高秀麗 申請人:山東理工大學