CN101609885B - 一种提高锂离子电池负极材料SnS2电化学性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，属于高能电池技术领域。在本发明中，采用湿磨工艺对SnS₂材料进行掺碳复合，以聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，在球磨罐中将SnS₂材料与碳纳米管进行复合，得到含有SnS₂活性物质的浆料状材料，并以此改性的SnS₂作为锂离子电池的负极材料。本发明工艺流程简单易行，工艺条件容易控制，所获得的SnS₂复合材料在锂离子电池负极材料的应用中电化学性能得到提高，显示了更高的比容量及更好的循环性能。

Description

一种提高锂离子电池负极材料SnS2电化学性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，属于高能电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是现阶段在电子产品中广泛应用的电源设备，在不断的研究开发中，在电动汽车、航天和储能等方面的应用需求也逐渐增加。为了满足对高性能锂离子电池的需求，近年来对锂离子电池的正、负极材料、隔膜等方面的研究愈渐增加，对高性能负极材料的开发也成为该领域研究的重点之一，受到广泛关注。

硫化锡负极材料属于锡基复合材料中的一种，其本身具有高的电化学充放电容量特性，具有发展成为高性能锂离子电池负极材料的潜力，也是锂离子电池负极材料研究领域的一个关注点。国外在这方面开展了一定的研究工作，国内开展了初步的工作，总的说来，在SnS₂作为锂离子电池负极材料方面，还需要很多工作以改进这种材料的电化学性能，目前属于探索研究阶段。现阶段，这种材料作为锂离子电池负极材料遇到的一个主要问题是充放电循环性能不好，一些研究者通过材料的改性，如添加导电剂、减小材料颗粒尺寸等手段，以期改善这种负极材料的循环稳定性、充放电容量等电化学性能，目前在这方面工作处于对新工艺、新方法的研究探索中。在本工作的研究过程中，开始采用水热合成法制备了SnS₂材料，作为锂离子电池的负极材料。以该材料作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。在电流密度为50mA/g的条件下，该负极材料首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1705mA·h/g、798mA·h/g，20周之后的充电(脱锂)比容量保持率为43.6％。为了进一步提高这种负极材料的电化学性能，在本发明中采用掺碳湿磨复合方法对SnS₂进行改性。

发明内容

本发明目的是为了更进一步提高锂离子电池负极材料SnS₂的电化学性能，采用掺碳湿磨复合方法对锂离子电池负极材料SnS₂进行改性。

在本方法中，采用湿磨工艺对SnS₂材料进行掺碳复合。在湿磨工艺中以SnS₂材料、碳纳米管和聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂为溶质，N-甲基吡咯烷酮为溶剂，即在加入N-甲基吡咯烷酮溶剂的条件下，同时加入粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，在球磨罐中设定球磨转数和球磨时间将SnS₂材料与碳纳米管进行复合，并以此作为锂离子电池的负极材料。由此湿磨复合工艺得到的含SnS₂活性物质的负极材料为粘稠浆料状，这样可直接在铜箔上涂片，这也进而简化了电极制备工艺。将所制备极片作为工作电极用于锂离子模拟电池中，此负极材料表现出很高的充放电比容量，电压平台较长，循环性能也有所提高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，具体步骤如下：

(1)将SnS₂材料与碳纳米管在研钵中混合，其质量比为(5～1)∶1，研磨均匀后，把混合物放入球磨罐中；

(2)在球磨罐中加入PVDF粘结剂及N-甲基吡咯烷酮溶剂，并放入磨球，进行SnS₂材料的湿磨掺碳复合；其中SnS₂材料、碳纳米管和PVDF的质量和(单位为g)与N-甲基吡咯烷酮体积(单位为ml)的比为1∶(2～20)，SnS₂材料、碳纳米管和PVDF的质量和(单位为g)与磨球的质量(单位为g)的比为1∶(4～14)；

(3)将球磨罐压紧，装入球磨机中，球磨转数为200～400rpm，球磨时间为2～10h，待球磨完成后，即得到浆料状掺碳复合SnS₂材料。

将掺碳复合SnS₂材料直接在铜箔上进行涂片，制备成电极片；以该极片作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0～2.5V(vs.Li⁺/Li)，电流密度为50mA/g。

有益效果

本发明工艺流程简单易行，工艺条件容易控制，所获得的SnS₂复合材料在锂离子电池负极材料的应用中电化学性能得到提高，显示了更高的比容量及更好的循环性能。

附图说明

图1为充放电曲线图，图中(I)为未经过掺碳湿磨改性的SnS₂材料在50mA/g电流密度下第一周充放电曲线；(II)为掺碳复合SnS₂材料在50mA/g电流密度下第一周充放电曲线；

图2为循环容量曲线图，图中(I)为未经过掺碳湿磨改性的SnS₂材料在50mA/g电流密度下循环容量曲线；(II)为掺碳复合SnS₂材料在50mA/g电流密度下循环容量曲线。

具体实施方式

实施例

(1)称取0.62g的SnS₂材料与0.21g的碳纳米管，在研钵中混合均匀，放入球磨罐中；

(2)在球磨罐中加入10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF，并放入8.68g的磨球；

(3)将球磨罐压紧，装入球磨机中，设置球磨转数为350rpm，球磨时间为4h，每30分钟暂停15分钟，进行湿磨复合，即得到浆料状掺碳复合SnS₂材料。

将掺碳复合SnS₂材料直接在铜箔上进行涂片，制备成电极片。以该极片作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0～2.5V(vs.Li⁺/Li)，电流密度为50mA/g。

对比例

0.62g未经过掺碳湿磨改性的SnS₂材料、0.21g导电剂乙炔黑、10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF在研钵中混合均匀，得到浆料状负极材料，将所获得的浆料状材料直接在铜箔上进行涂片，制备成电极片。以该极片作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0～2.5V(vs.Li⁺/Li)，电流密度为50mA/g。

实施例的第一周充放电曲线如图1(II)所示，测得实施例的首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为3166mA·h/g、1740mA·h/g；对比例的第一周充放电曲线如图1(I)所示，测得对比例的首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1705mA·h/g、798mA·h/g；实施例的SnS₂材料在50mA/g电流密度下循环容量曲线如图2(II)所示，其20周之后的充电比容量保持率为52.5％，对比例的SnS₂材料在50mA/g电流密度下循环容量曲线如图2(I)所示，其20周之后的充电比容量保持率为43.6％。

Claims (5)

1.一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，其特征在于：

(1)将SnS₂材料与碳纳米管在研钵中混合，研磨均匀后，把混合物放入球磨罐中；

(2)在球磨罐中加入PVDF粘结剂及N-甲基吡咯烷酮溶剂，并放入磨球，进行SnS₂材料的湿磨掺碳复合；

(3)将球磨罐压紧，装入球磨机中，设定球磨转数及球磨时间，待球磨完成后，即得到浆料状掺碳复合SnS₂材料。

2.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，其特征在于：步骤(1)中的SnS₂材料与碳纳米管的质量比为(5～1)∶1。

3.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，其特征在于：步骤(2)中的SnS₂材料、碳纳米管和PVDF的质量和，单位为g，与N-甲基吡咯烷酮体积，单位为ml，的比为1∶(2～20)。

4.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，其特征在于：步骤(2)中的SnS₂材料、碳纳米管和PVDF的质量和，单位为g，与磨球的质量，单位为g，的比为1∶(4～14)。

5.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池负极材料SnS₂电化学性能的方法，其特征在于：步骤(3)中的球磨转数为200～400rpm，球磨时间为2～10h。 

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