一种锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术锂离子电池负极材料的制备方法，所述负极材料为金属氢化物和碳质材料的复合物，其特征在于：由金属粉和碳质材料的混合物经过球磨后与氢气反应生成负极材料，其中原料金属粉的质量含量为８０－９５％，碳质材料的质量含量为５－２０％。该方法制得的材料为金属的氢化物，用其作锂离子电池负极，锂离子通过置换电极材料中氢原子的化学转化反应来储锂，突破了石墨负极理论容量的限制，具有比容量高、漏电流小、循环寿命长、制备工艺简单等的特点。此外，不存在有机电解质溶剂的共插入现象，增加了石墨负极的稳定性和安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种锂离子电池金属氢化 物负极材料的制备方法。
技术介绍
目前，由于锂离子电池具有平均输出电压高、比能量大、放电电压平稳、安全性 高以及工作寿命长等优越性能，可用作移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、照相 机等移动电子产品的电源，还可以作为DVD以及电动自行车的电源，其应用领域非 常广阔。目前商业锂离子电池负极材料通常采用的是石墨类碳材料，其不足之处是其 理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池比容量的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述不足之处，提供一种新型的金属氢化物锂 离子电池负极材料的制备方法，其储锂机制不同于形成石墨插层化合物的储锂机制， 具有比容量高等特点。本专利技术锂离子电池负极材料的制备方法，所述负极材料为金属氢化物和碳质材料 的复合物，其特征在于由金属粉和碳质材料的混合物经过球磨后与氢气反应生成负 极材料，其中原料金属粉的质量含量为80—95%，碳质材料的质量含量为5—20%。本专利技术的负极材料，其中金属氢化物为主要活性成分，碳质材料主要起到分散和 导电的作用。本专利技术优选的技术方案为所述金属为钛、镍、镁、镧中的一种或两种。当所用金属为两种时，其中一种为 金属镍，另一种金属与镍的质量比为5:1 — 1:5。所述碳质材料为石墨、炭黑、碳纳米管、中间相微球、活性炭中的一种。 所述金属粉和碳质材的混合物的球磨时间为20小时，球料比为10:1。 所述氢气反应，氢气的压力为2Mpa，反应温度为350'C，反应时间为10小时。氢气反应后的产物需再经球磨2小时，使材料平均粒径小于1微米。 本专利技术一种优选的具体制备步骤为(1) 将金属粉和碳质材料按照质量比加入球磨中，球料比为10:1，球磨时间为20小时；(2) 取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气，控制氢气的压力为 2Mpa，反应温度为350'C，反应时间为10小时；(3) 与氢气反应后的产物需再经球磨2小时，得到负极材料。 本专利技术的有益效果是该方法制得的材料为金属的氢化物，用其作锂离子电池负极，锂离子通过置换电极材料中氢原子的化学转化反应来储锂，突破了石墨负极理论 容量的限制，具有比容量高、漏电流小、循环寿命长、制备工艺简单等的特点。此外， 不存在有机电解质溶剂的共插入现象，增加了石墨负极的稳定性和安全性。 具体实施例方式以下结合实施例说明本专利技术，但不限制本专利技术。实施例1:将质量比为9: 1的钛粉和石墨粉球磨，球料比为10:1，球磨时间为20小时，取 出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反应 温度为35(TC，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小时(球料比 仍为10:1，下同)，得到最终产物。以下可按常规进行，以制得的产物为负极材料，乙 炔為为导电剂，聚偏氟乙烯(PVDF )为粘接剂。电池负极的配比(重量比)为活 性物质(上述球磨后的负极材料)乙炔黑粘接剂=85 : 5 : 10 。加入一定量的N —甲基毗咯烷酮(NMP)调匀成糊状，均匀涂在10微米厚的铜箔上，碾压烘干得到工 作电极。以纯锂片为辅助电极，电解液为含锂离子的有机电解液，隔膜为微孔聚乙烯 薄膜，装配成扣式电池。在0.01V-3.0V的电压范围内，以0.05C的速度在电池测试 仪上进行充放电测试。首次可逆容量为648 mAh/g，首次充放电效率为79%，经过50 次循环，可逆容量为406mAh/g,库仑效率为95%。实施例2:将质量比为8: 2的镍粉和炭黑粉球磨，球料比为10:1，球磨时间为20小时，取 出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2Mpa，反应温度为35(TC，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小时，得到最 终产物。以下按实施例1所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为576 mAh/g， 首次充放电效率为77%，经过50次循环，可逆容量为324mAh/g，库仑效率为91%。 实施例3:将质量比为9: 1的镁粉和石墨粉球磨，球料比为10:1,球磨时间为20小时，取 出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反应 温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小时，得到最 终产物。以下按实施例1所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为756 mAh/g， 首次充放电效率为81%，经过50次循环，可逆容量为525mAh/g,库仑效率为97%。实施例4:将质量比为9: 1的镁粉和碳纳米管球磨，球料比为10:1，球磨时间为20小时， 取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反 应温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小时，得到 最终产物。以下按实施例1所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为771 mAh/g， 首次充放电效率为82%，经过50次循环，可逆容量为557mAh/g，库仑效率为97%。实施例5:将质量比为19: 1的镧粉和中间相微球球磨，球料比为10:1，球磨时间为20小时， 取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反 应温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小时，得到 最终产物。以下按实施例1所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为432 mAh/g， 首次充放电效率为75%，经过50次循环，可逆容量为371mAh/g，库仑效率为96%。实施例6:将质量比为6: 3: 1的镁粉、镍粉和碳纳米管球磨，球料比为10:1，球磨时间为 20小时，取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反应温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小 时，得到最终产物。以下按实施例l所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为735 mAh/g，首次充放电效率为81%，经过50次循环，可逆容量为573mAh/g，库仑效率 为96%。实施例7:将质量比为3: 6: 1的镁粉、钛粉和碳纳米管球磨，球料比为10:1，球磨时间为20小时，取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反应温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小 时，得到最终产物。以下按实施例l所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为623 mAh/g，首次充放电效率为82%，经过50次循环，可逆容量为426 mAh/g，库仑效率 为94%。实施例8:将质量比为1: 5: 1的镧粉、镍粉和碳纳米管球磨，球料比为10:1,球磨时间为 20小时，取出球磨后的物料，放入高压金属容器中，通入氢气。控制氢气的压力为2 Mpa，反应温度为350。C，反应时间为10小时；与氢气反应后的产物需再经球磨2小 时，得到最终产物。以下按实施例1所述的常规方法制备并测试。首次可逆容量为 694mAh/g，首次充放电效率为78%，经过50次循环，可逆容量为512 mAh/g，库仑 效率为94%。权利要求1、，所述负极材料为金属氢化物和碳质材料的复合物，其特征在于由金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料的制备方法，所述负极材料为金属氢化物和碳质材料的复合物，其特征在于：由金属粉和碳质材料的混合物经过球磨后与氢气反应生成负极材料，其中原料金属粉的质量含量为８０－９５％，碳质材料的质量含量为５－２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：禚淑萍，邢伟，司维江，高秀丽，袁勋，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]