CN101944611B

CN101944611B - 一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料及生产工艺

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Publication number: CN101944611B
Application number: CN2010101814225A
Authority: CN
Inventors: 耿世达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: CN101944611A

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料及生产工艺，将氧化钴、二氧化锡、三氧化二锑、氧化钛按照比例进行混合，还原为金属后，包覆于碳材料的表面，制得锂离子电池高能复合负极材料。本发明的锂离子电池高能复合负极材料电容量大于365mAh/g，1000次循环容量保持80％以上。

Description

一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料及生产工艺

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及生产工艺，特别是涉及一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料及生产工艺。

背景技术

随着煤炭、石油等主要天然资源的逐渐耗竭，能源危机已经成为人类未来必须解决的重大课题之一。人们对新能源的需求越来越高，锂离子电池正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源之一。

锂离子电池是自上个世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代电池，因其具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为目前高档电子消费品首选的化学电源，并已经渗透到航空航天、军事等尖端技术领域。伴随着其与日俱增的需求，锂离子电池正成为新世纪科学技术研究与开发的重点和热点。

目前商业化的锂离子电池负极材料大多采用碳材料，研究表明这类材料的储锂容量较低，实际比容量已非常接近理论比容量，如石墨的理论储锂量为372mAh/g，进一步提高其比容量的空间非常有限，而且碳材料在嵌锂时，由于其电极电位与金属锂相近，当电池过充电的时候，碳电极表面容易析出金属锂，形成枝晶，从而引起短路，严重影响锂离子电池的安全性能因此，必须寻找新的非碳材料作为代替品，以提高锂离子电池的比容量和循环性能。

开发新型高容量负极材料已成为当前的研究热点。合金作为锂离子电池负极材料，其加工性能、容量密度均比现有的石墨电池材料要好，同时具有快速充放电能力，具有很大的发展潜力，可望成为锂离子二次电池的最佳候选材料。

大部分的金属如Si、Sn、Sb、Al、In、Zn、Pb、Bi、Ag、Pt、Au、Cd、As、Ga、Ge等均可以与锂形成合金，这些元素表现出与锂不同的反应电位。在这些元素中，前四个元素比较便宜，而且环境友好，它们的理论比容量比石墨高出2-10倍，如Si为4008mAh/g，Sn为994mAh/g，Sb为660mAh/g，Al为993mAh/g。但是锂与单一的金属形成合金时，会伴随有很大的体积膨胀(200-300％)，会导致电极循环性能变差，阻碍了合金类负极材料的实际应用。

为了缓解在脱嵌锂过程中的体积变化，一般采用两种或多种金属作为锂嵌入的电极基体。通常分为活性/活性或活性/非活性体系，当活性组分嵌锂时，另一不同嵌锂电位的活性组分或非活性组分作为缓冲基体来抑制电极的膨胀，使体积变化减小，从而提高电极循环寿命，获得高容量的电极材料。

开发一种电化学容量高、循环性能好的多元合金负极材料，提供一种成本低、便于规模化生产的生产工艺，对于锂离子电池的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是，提供了一种电化学容量高、循环性能好的多元合金负极材料，同时提供一种成本低、便于规模化生产的生产工艺。

为实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料，该材料由氧化钴、二氧化锡、三氧化二锑、氧化钛以及碳材料组成，各成分的重量百分比为，氧化钴5-15％、二氧化锡5-15％、三氧化二锑5-15％、氧化钛5-20％、碳材料35-80％，将氧化钴、二氧化锡、三氧化二锑、氧化钛按照重量百分比5-15％∶5-15％∶5-15％∶5-20％进行混合，用还原剂还原为金属后，包覆于35-80％碳材料的表面。

在上述技术方案中，所述的还原剂为炭黑或者活性炭。所述的碳材料为天然石墨微粉、人造石墨微粉、焦炭、树脂碳中的一种，粒度为1-50um。

本发明还给出了一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料的生产工艺，其步骤为：

1)将重量百分比5-15％的氧化钴、5-15％的二氧化锡、5-15％的三氧化二锑和5-20％的氧化钛放入惰性气体保护的高温反应釜中，加入还原剂，高温反应釜升温速率为每1小时升温100℃、升温过程的时间为3～8小时，使高温反应釜内的温度为300℃-800℃，高温反应釜搅拌速度为60～300转/分钟，300℃-800℃保温状态下搅拌2-10小时，使混合均匀；

2)将35-80％的碳材料加入反应釜中，控制反应釜升温速率为每小时升温150℃、升温过程的时间为4-8小时，使高温反应釜中温度为900-2000℃，在此温度下保持5-20小时，使混合物包覆在碳材料的表面，得到块状物；

3)将块状物粉碎成粒度为5-50um的粉末，即为一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料。

本发明的优点在于，所制得的锂离子电池负极材料，电容量大于365mAh/g，1000次循环容量保持80％以上。

具体实施方式

实施例一：

将5公斤的氧化钴、10公斤的二氧化锡、10公斤的三氧化二锑和20公斤的氧化钛放入惰性气体保护的高温反应釜中，加入还原剂炭黑，高温反应釜升温速率为每1小时升温100℃、升温过程的时间为5小时，使高温反应釜内的温度为500℃，高温反应釜搅拌速度为60～300转/分钟，500℃保温状态下搅拌10小时，使混合均匀。

将55公斤的碳材料加入反应釜中，控制反应釜升温速率为每小时升温150℃、升温过程的时间为6小时，使高温反应釜中温度为1400℃，在此温度下保温10小时，使混合物包覆在碳材料的表面，得到块状物。

将块状物粉碎为5-50um的粉末，即为锂离子电池负极材料。

本实施例所制得的锂离子电池负极材料，电容量为375mAh/g，1000次循环容量保持81.2％。

实施例二：

将10公斤的氧化钴、15公斤的二氧化锡、10公斤的三氧化二锑和20公斤的氧化钛放入惰性气体保护的高温反应釜中，加入还原剂活性炭，高温反应釜升温速率为每1小时升温100℃、升温过程的时间为6小时，使高温反应釜内的温度为600℃，高温反应釜搅拌速度为60～300转/分钟，600℃保温状态下搅拌5小时，使混合均匀。

将45公斤的碳材料加入反应釜中，控制反应釜升温速率为每小时升温150℃、升温过程的时间为6小时，使高温反应釜中温度为1500℃，在此温度下保温5小时，使混合物包覆在碳材料的表面，得到块状物。

将块状物粉碎为5-50um的粉末，即为锂离子电池负极材料。

本实施例所制得的锂离子电池负极材料，电容量为382mAh/g，1000次循环容量保持82.3％。

实施例三：

将15公斤的氧化钴、15公斤的二氧化锡、15公斤的三氧化二锑和15公斤的氧化钛放入惰性气体保护的高温反应釜中，加入还原剂炭黑，高温反应釜升温速率为每1小时升温100℃、升温过程的时间为8小时，使高温反应釜内的温度为800℃，高温反应釜搅拌速度为60～300转/分钟，800℃保温状态下搅拌4小时，使混合均匀。

将40公斤的碳材料加入反应釜中，控制反应釜升温速率为每小时升温150℃、升温过程的时间为4小时，使高温反应釜中温度为1400℃，在此温度下保温5小时，使混合物包覆在碳材料的表面，得到块状物。

将块状物粉碎为5-50um的粉末，即为锂离子电池负极材料。

本实施例所制得的锂离子电池负极材料，电容量为369mAh/g，1000次循环容量保持82.6％。

Claims

1.一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料的生产工艺，其步骤为：

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料的生产工艺，其特征在于：所述的还原剂为炭黑或者活性炭。

3.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料的生产工艺，其特征在于：所述的碳材料为天然石墨微粉、人造石墨微粉、焦炭、树脂碳中的一种，粒度为1-50um。

4.一种如权利要求1、2或3任一所述的生产工艺制备出的锂离子电池高能钴锡锑钛/碳复合负极材料，其特征在于：将氧化、二氧化锡、三氧化二锑、氧化钛按照重量百分比5-15％∶5-15％∶5-15％∶5-20％进行混合，用还原剂还原为金属后，包覆于35-80％碳材料的表面，制得锂离子电池高能复合负极材料，电容量大于365mAh/g，1000次循环容量保持80％以上。