CN101630737A - 一种熔盐电解制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法 - Google Patents

一种熔盐电解制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法 Download PDF

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戴磊
王岭
周会珠
李跃华
赵艳琴
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Abstract

本发明涉及一种熔盐电解制备锂离子电池负极材料锡－镍合金的方法。将锡和镍的氧化物混合均匀，经粉浆浇注或压制定型后，烧结得到烧结块，将烧结块与导电的集流体复合为阴极，以石墨为阳极，以CaCl2或CaCl2、NaCl的混合电解质为熔体；控制电解电压低于熔盐的理论分解电压，电解温度控制在550～850℃，电解过程保持惰性气体保护，制备出Sn/Ni原子比在4∶3～1∶3之间的锡－镍合金。本发明生产流程短、能耗低、污染少、易于连续生产，制备出的锂离子电池负极材料锡－镍合金比容量高、循环性能稳定。

Description

一种熔盐电解制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法
技术领域
本发明属锂离子电池领域，特别涉及一种采用熔盐电解法制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的制备技术。
背景技术
锂离子电池自90年代开发成功以来，由于其具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，目前已经应用到便携式电子设备、电动汽车、航天等众多民用及军用领域。目前，锂离子电池负极材料以碳类材料为主，但其比容量较低(372mAh/g)，此外，碳材料作为锂离子电池的负极材料，在电池首次充放电过程中不可避免地都要在碳负极与电解液的界面上反应形成覆盖在碳电极上的钝化薄层(SEI膜)，造成不可逆能量损失，有时甚至会引起碳电极内部的结构变化和接触不良。因此，寻找性能更好更可靠的新型锂离子电池负极材料成为人们的研究热点。
纯Sn对锂电极有很高的反应活性，其理论容量可达到994mAh/g，是石墨容量的两倍多，且Sn的价格便宜，没有毒副作用，加工合成相对容易，因此一经提出就受到人们的热切关注，是最有希望替代当前商品化石墨负极的材料之一。然而Sn在脱嵌锂过程中发生的体积膨胀可达到100～300％，这使得电池负极在十几次循环后就由于体积的反复巨大变化而造成粉化、剥落，性能急剧下降。为了抑制Sn在充放电过程中体积变化对电极性能的影响，人们采用了Sn/非活性相缓冲体系。缓冲体系中的非活性相可以将Sn在嵌锂过程中的体积膨胀限制在一定的空间范围内，从而提高材料的循环性能，非活性相通常与Sn生成合金。金属Ni不具有活性，却能给Ni-Sn合金提供韧性骨架，有效的缓冲了电极在嵌锂过程中的体积膨胀。Ni-Sn合金作为锂离子电池的负极材料具有广阔的开发应用前景。
目前Ni-Sn合金负极材料的制备方法主要有高能球磨、电沉积及化学还原等方法。本发明采用在熔盐中直接电化学还原锡和镍的混合氧化物制备Ni-Sn合金。该方法具有工艺简单、低能耗、产率高、便于规模化生产等特点，对于锂离子电池Sn基合金负极材料的实际应用具有重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种锂离子电池负极材料锡-镍合金的制备方法。该方法生产流程短，能耗低污染少，易于连续生产。制备出的Ni-Sn锂离子电池负极材料比容量高、循环性能好。
本发明提供的技术方案是：按Ni-Sn合金的组成配比将锡和镍的氧化物混合，添加造孔剂，球磨混匀，经粉浆浇注或压制定型后，烧结得到烧结块，将烧结块与导电的集流体复合为阴极。以石墨为阳极，以氯化物电解质为熔体，控制电解电压低于熔盐的理论分解电压，电解过程保持惰性气体保护，得到电解产物锡-镍合金。
上述锡-镍合金的组成配比(原子比)为：4∶3～1∶3。
上述锡的氧化物为SnO2或SnO，镍的氧化物为NiO。
上述经粉浆浇注或压制定型的金属氧化物中加有质量百分比0～15％的造孔剂，如石墨粉、CaCO3或淀粉。
本发明在氧化物中加入造孔剂，如石墨粉、CaCO3或淀粉，可明显提高烧结样品中的氧空位，增加其电化学反应活性，因此加快了电解反应速度和降低了能量消耗。
上述烧结在空气中进行，烧结温度850～1250℃，烧结时间2～8小时。
上述导电的集流体为由钼、钨或铁铬铝丝构成的网或篮。
上述氯化物电解质为CaCl2或CaCl2、NaCl的混合物。
上述电解电压为2.0～3.2V，电解温度为550～850℃，电解时间为5～20小时。
得到的Ni-Sn合金易粉末化，经溶剂洗涤并干燥后可直接作为锂离子电池的负极材料。
与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案制备锂离子电池负极材料锡-镍合金具有如下优点：
1、直接采用金属氧化物为原料，产品为合金粉末，生产工序简单和生产周期短，污染少，降低了锂离子电池负极材料锡-镍合金的生产成本；
2、电解温度在850℃以下，降低了能耗和对设备的要求；
3、无须将氧化物熔于熔体，减少了原料损失，产率高；
4、可由混合氧化物按照一定的比例直接制备组分可控的锂离子电池负极材料锡-镍合金；所得产物易破碎成颗粒均匀的合金粉末，可直接作为锂离子电池的负极材料，且比容量高、循环性能好。
附图说明
图1为本发明熔盐电解制备的Ni3Sn4合金粉末的XRD图；
图2为本发明熔盐电解制备的Ni3Sn4合金负极的比容量-循环次数曲线。
具体实施方式
实施例1
将分析纯的NiO和SnO2的粉末按摩尔比3∶4配比混合，加入3～10wt％的石墨粉，在球磨机中湿磨3小时，取出干燥，称取试样2.5g，然后在30MPa下将粉末压制成直径10mm，高3.5mm的圆柱体，并将其在850～1250℃下烧结2～4小时，得到氧化物烧结片；将氧化物烧结片悬挂在铁铬铝丝上，外围用铁铬铝丝包裹，作为阴极；采用高纯石墨棒作为阳极。将其插入装有CaCl2和NaCl混合熔盐的氧化铝坩埚中，在Ar气的保护下，控制电压2.3～3.2V进行电解，电解温度600～750℃，电解6～10小时后，结束电解；在惰性气氛下中冷却后用蒸馏水冲洗，并进行干燥，产物为纯相Ni3Sn4合金。
将制备的Ni3Sn4合金加10wt％的导电剂乙炔黑，10wt％的粘结剂PVDF制成浆料，均匀涂于铝箔上，烘干后制成圆形极片，与金属锂组成试验电池，进行恒电流充放电实验，充放电电流为100mA/g，充放电电压范围控制在0.01～1.2V之间。制备的Ni3Sn4合金最大可逆容量为405mAh/g，循环20次后的比容量为391mAh/g，容量保持率为96.6％。
实施例2
将分析纯的NiO和SnO2的粉末按摩尔比1∶1配比混合，加入5～15wt％的CaCO3，在球磨机中湿磨3小时，取出干燥，然后称取试样2.5g，在30MPa下将粉末压制成直径10mm，高3.5mm的圆柱体，并将其在850～1250℃下烧结3～8小时，得到氧化物烧结片；将氧化物烧结片悬挂在铁铬铝丝上，外围用铁铬铝丝包裹，作为阴极；采用高纯石墨棒作为阳极。将其插入装有将其插入装有CaCl2和NaCl混合熔盐的氧化铝坩埚中，在Ar气的保护下，控制电压2.0～3.2V进行电解，电解温度650～780℃，电解5～8小时后，结束电解；在惰性气氛下中冷却后用蒸馏水冲洗，并进行干燥，产物为Ni3Sn4/Ni3Sn2合金复合物。
将制备的Ni3Sn4/Ni3Sn2合金复合物加10wt％的导电剂乙炔黑，10wt％的粘结剂PVDF制成浆料，均匀涂于铝箔上，烘干后制成圆形极片，与金属锂组成试验电池，进行恒电流充放电实验，充放电电流为100mA/g，充放电电压范围控制在0.01～1.2V之间。制备的Ni3Sn2合金最大可逆容量为310mAh/g，循环20次后的比容量为292mAh/g，容量保持率为94.3％。
实施例3
将分析纯的NiO和SnO2的粉末按摩尔比2∶1配比混合，加入3～15wt％的淀粉，在球磨机中湿磨3小时，取出干燥，然后称取试样2.5g，在30MPa下将粉末压制成直径10mm，高3.5mm的圆柱体，并将其在850～1250℃下烧结2～4小时，得到氧化物烧结片；将氧化物烧结片悬挂在钼丝上，外围用钼丝包裹，作为阴极；采用高纯石墨棒作为阳极。将其插入装有CaCl2和NaCl混合熔盐的氧化铝坩埚中，在Ar气的保护下，控制电压2.0～3.2V进行电解，电解温度600～780℃，电解8～16小时后，结束电解；在惰性气氛下中冷却后用蒸馏水冲洗，并进行干燥，产物为Ni/Ni3Sn4/Ni3Sn2合金复合物。
将制备的Ni/Ni3Sn4/Ni3Sn2合金复合物加10wt％的导电剂乙炔黑，10wt％的粘结剂PVDF制成浆料，均匀涂于铝箔上，烘干后制成圆形极片，与金属锂组成试验电池，进行恒电流充放电实验，充放电电流为100mA/g，充放电电压范围控制在0.01～1.2V之间。制备的Ni3Sn2合金最大可逆容量为235mAh/g，循环20次后的比容量为223mAh/g，容量保持率为95％。

Claims (9)

1、一种熔盐电解制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，采用熔盐电解法，以锡和镍的氧化物为原料，制备不同比例的合金负极材料，按如下步骤操作：
1)按锡-镍合金的组成配比，将锡和镍的氧化物混合均匀，经粉浆浇注或压制定型后，烧结得到烧结块，将烧结块与导电的集流体复合为阴极。
2)以石墨为阳极，以氯化物电解质为熔体，控制电解电压低于熔盐的理论分解电压，控制电解温度低于合金熔点，电解过程保持惰性气体保护，得到电解产物锡-镍合金。
2、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于所述的锡-镍合金的组成配比(Sn/Ni原子比)为：4∶3～1∶3。
3、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于所述的锡的氧化物为SnO2或SnO，镍的氧化物为NiO。
4、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于锡和镍的氧化物中加有质量百分比0～15％的造孔剂。
5、按权利要求4所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于所述造孔剂为石墨粉、CaCO3或淀粉。
6、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于氯化物电解质为CaCl2或CaCl2、NaCl的混合物。
7、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于阴极在空气中烧结，烧结温度850～1250℃，烧结时间2～8小时。
8、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于所述的导电的集流体为由钼、钨或铁铬铝丝构成的网或篮。
9、按权利要求1所述制备锂离子电池负极材料锡-镍合金的方法，其特征在于电解电压为2.0～3.2V，电解温度为550～850℃，电解时间为5～20小时。电解完成后，取出阴极，得到易破碎成粉末的Ni-Sn合金。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102887504A (zh) * 2012-09-24 2013-01-23 上海锦众信息科技有限公司 一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法
CN107475752A (zh) * 2017-08-31 2017-12-15 中南大学 一种锡渣低温熔盐电解清洁冶金方法及装置
CN110380015A (zh) * 2019-05-27 2019-10-25 合山市华美新能源科技有限公司 锂电池正极浆料的制备方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN110380015A (zh) * 2019-05-27 2019-10-25 合山市华美新能源科技有限公司 锂电池正极浆料的制备方法
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