一种锂离子电池阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池阳极材料及其制备方法，所述阳极材料包括石墨、CuSn-TiC-C和Mo3Sb7-C，石墨的平均粒径为2-10μm，CuSn-TiC-C的质量占所述阳极材料总质量的10-30％，Mo3Sb7-C的质量占所述阳极材料总质量的5-20％，余量为石墨。相对于现有技术，本发明专利技术通过将CuSn-TiC-C和Mo3Sb7-C与石墨复合，可以有效地抑制阳极材料的体积膨胀，从而消除电池变形问题，同时抑制活性物质从集流体上脱落，提高电池的循环性能；又可以大大提高阳极材料的克容量，其克容量明显高于石墨的克容量，而循环性能则较硅基材料大为提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池阳极材料及其制备方 法。
技术介绍
随着消费类电子产品功能的多样化，锂离子电池作为电子产品的供给能源，其容 量及使用寿命开始受到人们的高度关注。而随着各类消费类电子产品的小型化和微型化， 其留给锂离子电池的空间越来越有限，为此，就需要提高电池的容量，更准确的说是提高电 池的能量密度，就显得尤为重要。要提高电池的能量密度，电池结构上的改进、提高正极材 料的克容量和提高负极材料的克容量均是值得考虑的方向，但是电池结构上的改进，如减 少包装膜的厚度或对极耳进行处理，只能稍稍提高电池的能量密度；而正极材料的克容量 提尚有限，负极材料的克容量提升则还有很大空间。 目前广泛使用的负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球及它们的 混合物。众所周知，石墨的理论克容量是372mAh/g，其已无法满足目前高端电子产品的能 量密度要求。因此科研工作者对高能量密度的负极材料做了广泛而深入的研究，其中科研 工作者公认的最有希望的就是娃基材料。娃的理论克容量尚达4200mAh/g，远尚于石墨的 理论克容量372mAh/g。但硅也有很大的缺点：硅嵌锂后的体积膨胀能达到300% -400%之 多。其剧烈的膨胀容易导致活性物质与集流体脱落而使得电极寿命迅速下降。 CN 103875102A公开了锂离子蓄电池的阳极材料，具有通式MySb-M'0x-C的阳 极材料，其中M和M'为金属且M'Ox-C形成含有MySb的基质。本专利技术还涉及具有通式 MySn-M' Cx-C的阳极材料，其中M和M'为金属且M' Cx-C形成含有MySn的基质。本专利技术另 外涉及具有通式Mo3Sb7-C的阳极材料，其中-C形成含有Mo 3Sb7的基质。本专利技术还涉及具 有通式MySb-M' Cx-C的阳极材料，其中M和M'为金属且M' Cx-C形成含有MySb的基质。但 是，所述阳极材料制作的电池能量密度还不够高，在放电过程中会导致电池体积的膨胀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种既能有效提高电池的能量 密度，又能有效解决硅基材料的膨胀问题的锂离子电池阳极材料。 为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池阳极材料，所述阳极材料包括石墨、 CuSn-TiC-C和Mo3Sb7-C,所述石墨的平均粒径为2-10 μ m，所述CuSn-TiC-C的质量占所述 阳极材料总质量的10-30%，所述Mo3Sb7-C的质量占所述阳极材料总质量的5-20%。 所述CuSn-TiC-C可通过使电化学上对锂具有活性的纳米结构化材料CuSn与对锂 无活性的材料TiC-C掺合形成复合阳极材料而使体积随着锂离子进入和离开材料而变化 的影响减小或减到最小。纳米结构化材料可为锂离子提供较短的扩散长度且可适应因蓄电 池循环过程中的体积变化而产生的应变，但由这些纳米结构化材料的粒子小尺寸和高表面 反应性所产生的大的表面积与体积比可成问题。 添加 TiC-C形成非活性基质可帮助在充电/放电循环期间缓冲电化学活性材料的 体积变化。TiC-C基质还可减少对蓄电池性能不利的CuSn粒子聚结。 所述CuSn-TiC-C可避免金属锂镀覆于阳极上或将镀覆速率降低到足够低以避免 蓄电池在其预期使用寿命期间因短路而失效的速率。操作电势也可防止或减少SEI层形 成。 Mo3Sb7-C中的Mo3Sb7粒子可经由其晶体结构束缚Sb，从而防止Sb聚结，Sb聚结会 导致大多数Sb合金电极中的容量消退。Mo 3Sb7!在循环期间遭遇显著的体积变化。 本专利技术中，两种阳极材料复合可以有效抑制体积膨胀，而且可以提高阳极材料的 克容量和电池的能量密度。本专利技术中两种材料的平均粒径均较小，是为了使石墨和另外两 种材料能够均匀混合，以进一步缓冲阳极材料的体积膨胀，从而使得电池的使用寿命大大 延长。 作为本专利技术锂离子电池阳极材料的一种改进，所述CuSn-TiC-C材料的质量占所 述阳极材料总质量的 15-25%，如 16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%或 24%等。 优选地，所述CuSn-TiC-C的质量占所述阳极材料总质量的20%。 作为本专利技术锂离子电池阳极材料的一种改进，所述Mo3Sb7-C的质量占所述阳极材 料总质量的 10-15%，如 11%、12%、13%、14%或15%等。 作为本专利技术锂离子电池阳极材料的一种改进，所述Mo3Sb7-C的质量占所述阳极材 料总质量的12%，这是较佳的选择。 所述 CuSn-TiC-C 中 CuSn 粒子的平均直径为 50nm-500nm，比如 60nm、70nm、90nm、 lOOnm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、380nm、400nm、450nm 或 480nm 等。 优选地，所述CuSn粒子的平均直径为100nm-200nm。 所述 Mo3Sb7-C 中 Mo3Sb7粒子的平均直径为 IOOnm-I μ m，如 150nm、200nm、300nm、 400nm、500nm、600nm、700nm、800nm 或 900nm 等。 优选地，所述Mo3Sb7粒子的平均直径为500nm。 本专利技术的目的之二在于提供一种锂离子电池阳极材料的制备方法，所述阳极材料 的制备方法包括以下步骤： 第一步，制备 CuSn-TiC-C 和 Mo3Sb7-C ; 第二步，将第一步得到的CuSn-TiC-C和Mo3Sb7-C按配方量加入高混机中，搅拌均 匀后得到混合物； 第三步，将混合物加入高温炉中，惰性气氛下以10-50 °C /min的速度升温至 1000-1700。(：，如1100。(：、1200。(：、1300。(：、1400。(：、1500。(：、1600。(：或 1650。(：等，烧结1-1011， 如2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或9. 5h，自然降温冷却至20 °C后，研磨，过筛，制得阳极材料。 其中的惰性气氛诸如氮气气氛、氩气气氛等。 所述CuSn-TiC-C的制备方法为：在高温炉中加热Sn、Cu和Ti的混合物，随后在碳 存在下球磨所得化合物实现机械化学还原，得到CuSn-TiC-C，所述碳可来自有机碳前驱体。 所述有机碳前驱体为葡萄糖、蔗糖、乙炔黑或聚乙烯醇中的一种或至少两种的混 合物。 所述CuSn-TiC-C是通过如下来制备：在流动氩气氛围中，在900°C下加热原子 比为3:1:5的Sn、Cu和Ti粉末的混合物12小时获得Cu-Sn-Ti合金相的混合物，接着将 Cu-Sn-Ti相的混合物与20重量％乙炔黑混合，且在振动研磨机中，在环境温度下，在氩气 氛围下以500rpm的速度进行高能机械研磨40小时以获得CuSn-TiC-C纳米复合物。 所述Mo3Sb7-C通过如下制备方法制备得到：在高温炉中加热Sb和Mo的混合物，随 后在碳存在下球磨所得混合物实现机械化学还原来合成，得到Mo 3Sb7-C,所述碳来自有机碳 前驱体。 优选地，所述有机碳前驱体为葡萄糖、蔗糖、乙炔黑或聚乙烯醇中的一种或至少两 种的混合物。 所述Mo3Sb7-C通过如下方法制备得到：在780°C下，在流动的H 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池阳极材料，其特征在于：所述阳极材料包括石墨、CuSn‑TiC‑C和Mo3Sb7‑C，所述CuSn‑TiC‑C的质量占所述阳极材料总质量的10‑30％，所述Mo3Sb7‑C的质量占所述阳极材料总质量的5‑20％，余量为石墨，所述石墨的平均粒径为2‑10μm，。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐德生，
申请(专利权)人：无锡市嘉邦电力管道厂，
类型：发明
国别省市：江苏;32