一种高容量锂电池负极材料的制备方法技术

一种高容量锂电池负极材料的制备方法，所述负极材料通过锡与金属、碳结合形成多相复合体系，不仅保证了材料的高容量，还能缓解充放电过程中，体积膨胀收缩效应。将锡和金属分散在裂解碳体系中，金属起到提高导电性的作用，锡发挥高容量的特性，裂解碳提供机械支撑，稳定材料的结构。本发明专利技术的锡碳复合负极材料压实密度高、加工性能良好、导电性高、首次效率高、循环稳定性优异。本发明专利技术提供的负极材料的制备工艺简单，原料成本低廉，环境友好无污染，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种高容量锂电池负极材料的制 备方法，具体涉及一种锡碳复合负极材料的制备方法。
技术介绍
目前随着全球性石油资源紧缺与气候环境的不断恶化，人类社会发展面临着严峻 的挑战。发展清洁节能的新能源汽车受到世界各国的高度重视。新能源汽车的发展，关键 在其动力电源。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、使用 寿命长、无环境污染等优点，是目前新能源汽车主要的动力电源。而锂离子电池关键电极材 料是电池性能的最终决定性因素，其中负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的 作用。因此，开发高性能、廉价的负极材料对促进新能源汽车及相关新兴产业的发展具有重 要的意义。 目前的负极材料主要为石墨，其比容量已经接近372mAh/g的理论值，很难再有提 升的空间，因此寻找替代碳的高比容量负极材料成为一个重要的发展方向。由于石墨负极 材料的局限性，因此对新型负极材料的开发非常必要。新型的负极材料有合金材料、锡基氧 化物材料等。合金材料虽然能提供较高的可逆容量，但其循环性能不够理想。锡基氧化物 材料虽然具有较高的可逆容量和较好的循环性能，但它的缺点是首次循环不可逆容量损失 较大（常大于50% )。 锡基负极材料的理论比容量（994mAh/g)为石墨负极材料（372mAh/g)的两倍多， 同时嵌锂电位适中，使得锡基负极材料成为值得研究并具有发展潜力的锂离子电池负极材 料。但锡基材料巨大的体积膨胀效应导致其循环性能较低和不可逆容量较大。 研究表明将金属粉末与锡粉复合制备锡碳负极材料能极大的改善锡负极材料的 性能。金属本身具有良好的延展性，高导电率，机械强度高等优势，故选择合适的金属与锡 形成锡碳，能有效地克服锡在充放电过程中的体积效应，提高材料的循环稳定性，导电性也 得到一定改善。然而，目前已有的锡碳负极材料容量及首效普遍偏低，制备的材料一致性较 差。 因此，开发一种高导电性、高容量、高首次充放电效率与循环稳定性好的锡碳复合 负极材料是锂离子电池领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种高容量锂电池负极材料的 制备方法，所述负极材料导电性好，容量和首次库伦效率高，同时结构稳定，循环性能优异。 为达上述目的，本专利技术提供，包括以下步 骤： (1) 将金属粉末与锡粉、碳源前驱体混合，球磨复合，制备锡碳； (2) 对步骤（1)所得锡碳在惰性气体保护下进行烧结，得到锡碳复合负极材料； (3)将步骤（2)得到的复合材料粉碎、筛分并除磁，得到粒径D50为1.0 ~10 μπι的锡 碳复合负极材料。 进一步，步骤⑴金属粉末：锡粉重量比为I 1~2,碳源前驱体：金属粉末和锡 粉总重量的重量比为1 :〇. 01~0. 15。 进一步，步骤（1)中所述球磨复合采用干法球磨或湿法球磨。 优选地，所述干法球磨的步骤为：将金属粉末和锡粉、碳源前驱体的混合粉末与球 磨珠装入球磨腔体中，然后通入保护气体，进行球磨，得到锡碳粉末。 优选地，所述湿法球磨的步骤为：在混合的金属粉末和锡粉、碳源前驱体中添加溶 剂，搅拌，得到混合粉末浆料；将混合粉末浆料与球磨珠装入球磨腔体中进行球磨，干燥，得 到锡碳粉末。 进一步，步骤（1)中所述溶剂优选为有机溶剂和/或水。 优选地，所述有机溶剂为四氢呋喃、酰胺、醇和酮中的1种或至少2种的组合，优选 为四氢呋喃、二甲基乙酰胺、C1-C6醇和C3-C8酮中的1种或至少2种的组合，进一步优选 为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、正丁醇、1，2- 丁二 醇、1，3- 丁二醇、1，4- 丁二醇、正戊醇和2-己醇、丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、N-甲基吡 咯烷酮、乙基丙基甲酮、甲基丁基甲酮、乙基正丁基甲酮、甲基戊基甲酮和甲基己基酮中的1 种或至少2种的组合。 进一步，步骤（1)中所述的球磨设备为高速搅拌磨、行星式球磨机、管磨机、锥磨 机、棒磨机和砂磨机中的任意一种，优选为行星式球磨机。 优选地，所述球磨珠子直径为0. 1~20mm，球料比为10~200 :1。 优选地，所述球磨的转速为100~3000rpm，球磨时间为5~120h。 优选地，所述的球磨珠的材质是不锈钢，玛瑙，陶瓷，氧化锆，氧化铝，硬质合金中 的一种。 进一步，步骤（1)中所述金属粉末为单质金属和/或金属合金化合物，优选为锡单 质、锑单质、铁单质、锗单质、铝单质、镁单质、锌单质、稼单质、镉单质、钛单质、锡锑合金、锡 铁合金、锡钛合金、镁锑合金、铝锑合金、铝镁合金和锡镁合金中的1种或至少2种的组合。 优选地，所述金属粉末的中值粒径为0· 1~100 μ m，优选为0· 5~50 μ m，进一步 优选为1. 〇~15 μπι。 优选地，所述锡粉末的中值粒径为0· 05~30 μ m，进一步优选为0· 1~10 μ m，特 别优选为〇. 2~5 μπι。 进一步，步骤（1)中所述碳源前驱体为聚合物、糖类、有机酸、沥青和高分子材料 中的1种或至少2种的组合，优选为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇、聚 氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂和聚丙烯腈中的1种或至少2种的 组合。 进一步，步骤（2)所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的1种或 至少2种的组合。 进一步，步骤（2)所述烧结温度为600~1200 °C。 优选地，所述的升温速率0. 5~10°C /min，保温时间为保温1~5h。 与现有技术相比，本专利技术所述负极材料通过锡与金属、碳结合形成多相复合体系， 不仅保证了材料的高容量，还能缓解充放电过程中，体积膨胀收缩效应。将锡和金属分散在 裂解碳体系中，金属起到提高导电性的作用，锡发挥高容量的特性，裂解碳提供机械支撑， 稳定材料的结构。本专利技术的锡碳复合负极材料压实密度高、加工性能良好、导电性高、首次 效率高、循环稳定性优异。本专利技术提供的负极材料的制备工艺简单，原料成本低廉，环境友 好无污染，适合工业化生产。【具体实施方式】 为便于理解本专利技术，本专利技术列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅用于帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。 实施例1 (1) 将中值粒径为IOym的Fe粉和中值粒径为3 μL?的锡粉，按重量比Fe :Si = 1:2， 进行配比，同时按Fe粉和锡粉总重量：碳源前驱体=0. 1:1的比例称取酚醛树脂，球磨50h 至混合均匀； (2) 将步骤（1)中得到的粉体置于箱式炉中，通入氩气，以KTC /min升温速率升温至 1050°C，保温10h，自然冷却至室温； ⑶将步骤⑵中得到的粉体粉碎、筛分并除磁，得到粒径D50为1.0-10μπι的锡碳复 合负极材料。 实施例2 (1) 将中值粒径IOym的Cu粉和中值粒径为0.05μπι的锡粉，按重量比Cu :Si = 2:1， 进行配比，同时按Cu粉和锡粉总重量：碳源前驱体=0. 5:1的比例称取环氧树脂，球磨40h 至混合均匀； (2) 将步骤（1)中得到的粉体置于箱式炉中，通入氩气，以KTC /mi当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高容量锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将金属粉末与锡粉、碳源前驱体混合，球磨复合，制备锡碳；(2)对步骤(1)所得锡碳在惰性气体保护下进行烧结，得到锡碳复合负极材料；(3)将步骤(2)得到的复合材料粉碎、筛分并除磁，得到粒径D50为1.0～10μm的锡碳复合负极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田东，
申请(专利权)人：田东，
类型：发明
国别省市：广东;44