一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池负极技术领域，特别是涉及一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法。本发明专利技术锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，是由以下重量份原料混合后，经过静电纺丝和烧结制备而成：30

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池负极
，特别是涉及一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li
+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
[0003]锂离子电池能量密度大，平均输出电压高；自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）；没有记忆效应；工作温度范围宽为-20℃~60℃；循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大；使用寿命长；锂离子电池作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。
[0004]锂离子电池的作用机理：当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
[0005]近年来，锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车以及储能等领域的广泛应用，对锂离子电池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能等，这就要求锂离子电池用正极、负极材料需要得到进一步地发展与完善。锂离子电池的主要组成为正极、负极、电解液、隔膜以及封装组件。锂电池的负极材料对于电池的安全性能，容量、能量密度及循环寿命等技术指标有重要的影响。
[0006]硅基负极材料因具有高的理论容量(4200mAh g-1)和较合适的脱-嵌锂电位(<0.5V)，成为最有希望的高容量负极材料。但是，硅材料在脱/嵌锂过程中，存在着较大的体积膨胀(体积膨胀100％～300％)，这种结构上的膨胀收缩变化破坏了电极结构的稳定性，导致硅颗粒破裂粉化，造成电极材料结构的坍塌和剥落，使电极材料失去电接触，最终导致负极的比容量迅速衰减，使锂电池循环性能变差。
[0007]氧化亚硅负极的膨胀率相对较小，但其电导率和循环性能仍然是目前亟待解决的关键问题。专利CN106654194B提出了一种元素掺杂的SiOx负极复合材料及其制备方法和应用，用以提高导电性能，但对于循环性能的提高并不明显，而且其电池容量和首效受到影响。因此，针对氧化亚硅材料导电能力和循环性能、容量和首效的综合考虑具有十分重要的实际意义。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法，用于解决现有技术中氧化亚硅负极导电性能和循环性能较差
的问题。本专利技术通过合金与氧化亚硅进行球磨后，与有机溶剂混合配置为悬浊液，将有机纤维浸渍于悬浊液中，超声震荡使其充分吸附，最后通过热处理碳化形成所需的负极材料。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术的第一方面，提供一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，是由以下重量份原料混合后，经过静电纺丝和烧结制备而成：30-50重量份的锡基合金/氧化亚硅复合材料、30-80重量份的聚乙烯吡咯烷酮和5-10重量份的硅烷偶联剂；所述锡基合金/氧化亚硅复合材料是由过渡金属A 30-50重量份、锡30-50重量份、氧化亚硅30-100重量份、分散剂5-10重量份、助磨剂200-300重量份，经过高能球磨后制备而成。
[0010]本专利技术通过过渡金属粉末和锡粉在高能球磨下形成合金与氧化亚硅进行球磨复合，球磨复合后得到锡基合金/氧化亚硅复合材料，锡基合金/氧化亚硅复合材料与聚乙烯吡咯烷酮（PVP），通过硅烷偶联剂处理后，通过静电纺丝形成聚合物纤维负载复合颗粒，经碳化处理获得合金/氧化亚硅/无定型碳复合纤维状材料。
[0011]进一步地，所述过渡金属A为Fe、Ni、Cu、Ti中的至少一种。过渡元素是指元素周期表中d区的一系列金属元素，又称过渡金属。过渡金属添加在锂电池中，可以有效提高锂电池的容量和可逆性能。
[0012]作为锂电池负极材料中的一种，锡基材料具有较长的循环寿命和较高的可逆容量，其理论容量高达990mAh/g，但是锡基材料也面临着充放电过程中体积膨胀的问题，从而极大的限制了其广泛的商业化应用。本专利技术专利技术人经过研究发现，在锡基材料中添加部分过渡金属，以及通过与载体聚乙烯吡咯烷酮形成的纤维一起，对锡基粉末进行改性，可以有效缓解充放电过程中的巨大体积变化，从而有效改善材料的循环性能，同时可以通过碳对锡的包覆，也可以有效缓解体积膨胀，防止活性颗粒团聚，同时也可以进一步提高材料的导电性。
[0013]进一步地，所述分散剂为六偏磷酸钠。六偏磷酸钠是一种无机物，分子式为(NaPO3)6，白色粉末结晶，或无色透明玻璃片状或块状固体。易溶于水，不溶于有机溶剂。六偏磷酸钠分散剂在颗粒表面的吸附，不仅能显著地提高颗粒表面电位的绝对值，从而产生强大的双电层静电排斥作用，而且六偏磷酸钠也可以增强水对颗粒表面的润湿程度。在颗粒表面的吸附还增强表面的润湿性，增大锡基合金/氧化亚硅复合材料之间的互相排斥作用，避免锡粉团聚。
[0014]进一步地，所述助磨剂为无水乙醇。关于助磨剂的作用机理分为强度学说、分散学说及衬垫学说；助磨剂是由一种或多种具有表面活性的物质和其他化学助剂构成的，在水泥物料粉磨过程中可以显著降低磨粉的表面能，克服磨粉间的吸引力，减小粉碎阻力，防止糊球糊磨，提高磨粉的流动性，从而降低磨机功耗，提高粉磨效率。
[0015]进一步地，所述高能球磨机转速为400-500rpm。
[0016]本专利技术的第二方面，提供一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将过渡金属A的粉末与锡粉、分散剂、助磨剂加入高能球磨机中球磨5-10h，得到浆料；向球磨后的浆料中加入氧化亚硅颗粒再次球磨2-6h，将产物取出后使用无水乙醇进行稀释，获得锡基合金/氧化亚硅复合材料的悬浊液；步骤二、将聚乙烯吡咯烷酮粉末单体溶解于步骤一制备的悬浊液中，加入硅烷偶联剂
进行超声处理1-10h，之后进行静电纺丝，过滤，得到负载复合颗粒的聚乙烯吡咯烷酮纤维，真空干燥；步骤三、将步骤二得到的干燥产物在氮气保护下，在600-800℃下热处理5-10h，洗涤、烘干，即得。
[0017]进一步优选地，步骤一中所述使用无水乙醇稀释后，锡基合金/氧化亚硅复合材料的悬浊液中固含量为15-20%。
[0018]进一步优选地，步骤二中所述超声处理的超声频率为10-20kHz。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化。超声波的作用还可促使发生或加速某本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，是由以下重量份原料混合后，经过静电纺丝和烧结制备而成：30-50重量份的锡基合金/氧化亚硅复合材料、30-80重量份的聚乙烯吡咯烷酮和5-10重量份的硅烷偶联剂；所述锡基合金/氧化亚硅复合材料是由过渡金属A 30-50重量份、锡30-50重量份、氧化亚硅30-100重量份、分散剂5-10重量份、助磨剂200-300重量份，经过高能球磨后制备而成。2.根据权利要求1所述一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，所述过渡金属A为Fe、Ni、Cu、Ti中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠。4.根据权利要求1所述一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，所述助磨剂为无水乙醇。5.根据权利要求1所述一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，所述高能球磨机转速为400-500rpm。6.权利要求1-5任一项所述一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将过渡金属A的粉末与锡粉、分散剂、助磨剂加入高能球磨机中球磨5-10h，得到浆料；向球磨后的浆料中加入氧化亚硅颗粒再次球磨2-6h，将产物取出后使用无水乙醇进行稀释，获得锡基合金/氧化亚硅复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，司文彬，李钧，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：