CN102054967B - 一种锂离子电池锡镍碳合金复合材料制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池锡镍碳合金复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子电池用锡镍碳合金复合材料及其制备方法，其步骤为：首先将锡粉与镍粉按照质量比并加入适量酒精高能机械球磨；然后将上述机械球磨得到的合金粉末与石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨混合；接着取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥，接着在氮气保护下进行高温热处理，然后自然降到常温；最后冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨，取出抽滤后真空干燥，接着在氮气保护下进行高温热处理，热处理后，自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。本发明的材料具有较高的放电比容量、库仑效率和长的循环寿命。

Description

一种锂离子电池锡镍碳合金复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，特别是锂离子电池用锡镍碳合金复合材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池与其它二次电池相比具有电压高、能量密度大、重量轻、环境友好等优点，目前已经广泛应用于便携式电子产品和电动工具等领域，并有望成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给之一。负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，目前石墨类炭负极材料虽然具有较好的循环性能，但由于存在较低的质量比容量(理论值为372mAh/g，实际发挥容量为330-360mAh/g)和较差的高倍率充放电性能，尤其是体积比容量相当有限。因此进一步提高其容量的空间很小，远不能满足未来高容量长寿命电子设备的需求。
近年来，金属及合金类材料是研究得较多的新型高效储锂负极材料体系，其中锡金属与锡合金具有高质量比容量(锡的理论值为994mAh/g)和低成本的优势，特别是具有高体积比容量(锡的理论值为7200mAh/cm3)，是炭材料体积比容量的10倍，因此现已成为目前国际上研究的主流负极材料之一。然而，合金负极在脱嵌锂过程中所伴随的较大体积变化易导致电极材料的粉化和电极性能的恶化，电池的循环性能较差。
发明内容
本发明的第一目的是为了提供一种锂离子电池用锡镍碳合金复合材料，本发明的材料具有较高的放电容量、库仑效率和长的循环寿命。
本发明的第二目的是为了提供上述材料的制备方法，利用本发明的方法能够制备出具有较高的放电容量、库仑效率和长的循环寿命的上述材料，同时降低生产成本。
为达到上述的第一目的，一种锂离子电池用锡镍碳合金复合材料，其原料成分及质量含量为：
Figure GSB00000953101600021
作为具体化，所述的石墨粒径为15-18μmm。
作为具体化，所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的原料及质量含量为：
Figure GSB00000953101600022
作为具体化，所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的原料及质量含量为：
作为具体化，所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的原料及质量含量为：
Figure GSB00000953101600031
作为具体化，所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的原料及质量含量为：
Figure GSB00000953101600032
为达到上述的第二目的，一种锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的制备方法，其步骤为：
(1)将锡粉与镍粉按照质量比并加入适量酒精高能机械球磨10-15小时；
(2)将上述机械球磨得到的合金粉末与石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨7-15小时；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥8-16小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1-3℃/min，升温到700-900℃，恒温7-10小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨10-15小时，取出抽滤后真空干燥10-15小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1-3℃/min，升温至400-600℃后，恒温4-7小时，接着以2.5-4℃/min继续升温到900-1200℃，恒温5-8小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
作为具体化，所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的制备方法的其步骤为：
(1)将锡粉与镍粉按照质量比并加入适量酒精高能机械球磨12小时；
(2)将上述机械球磨得到的合金粉末与石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨10小时；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温到800℃，恒温8小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨12小时，取出抽滤后真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温至500℃后，恒温6小时，接着以3℃/min继续升温到1000℃，恒温6小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
与现有技术相比，本发明采用酒精湿磨的方法达到原料的充分均匀混合，同时采用二次热处理制备锡镍炭合金复合材料，同时运用石墨的高循环稳定性结合锡的高比容量形成复合物，提高复合材料的整体容量，库仑效率，另外，采用沥青的包覆作用，提高了复合材料的循环稳定性和寿命。
附图说明
图1为第一次热处理之后样品的充放电循环图；
图2为第二次热处理之后样品的充放电循环图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
第一实施方式
锂离子电池用锡镍碳合金复合材料，由15％的镍粉、20％的锡粉、58％的石墨和7％的沥青组成，以上的百分比均为质量百分比。
本实施方式的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料制备方法为：
(1)首先将15％锡粉与20％镍粉按照质量比混合并加入适量酒精高能机械球磨10小时；
(2)然后将上述机械球磨得到的合金粉末与58％的石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨8小时，所加入石墨的粒径值为15μmm；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥8小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1.5℃/min，升温到700℃，恒温7小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入7％的沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨10小时，取出抽滤后真空干燥10小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1℃/min，升温至400℃后，恒温5小时，接着以2.5℃/min继续升温到900℃，恒温5小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
在本实施方式中采用酒精湿磨的方法达到原料的充分均匀混合，同时采用二次热处理制备锡镍炭合金复合材料，并且运用石墨的高循环稳定性结合锡的高比容量形成复合物，提高复合材料的整体容量，库仑效率，另外，采用沥青的包覆作用，提高了复合材料的循环稳定性和寿命。上述制备方法得到的复合材料，如图1和图2所示，从充放电性能曲线发现锂离子电池用锡镍碳合金复合材料具有较好的循环性能。
第二实施方式
锂离子电池用锡镍碳合金复合材料，由20％的镍粉、25％的锡粉、45％的石墨和10％的沥青组成，以上的百分比均为质量百分比。
本实施方式的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料制备方法为：
(1)首先将20％锡粉与25％镍粉按照质量比混合并加入适量酒精高能机械球磨12小时；
(2)然后将上述机械球磨得到的合金粉末与45％的石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨10小时，所加入石墨的粒径值为17μmm；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温到800℃，恒温8小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入10％的沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨12小时，取出抽滤后真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温至500℃后，恒温6小时，接着以3℃/min继续升温到1000℃，恒温6小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
在本实施方式中采用酒精湿磨的方法达到原料的充分均匀混合，同时采用二次热处理制备锡镍炭合金复合材料，并且运用石墨的高循环稳定性结合锡的高比容量形成复合物，提高复合材料的整体容量，库仑效率，另外，采用沥青的包覆作用，提高了复合材料的循环稳定性和寿命。上述制备方法得到的复合材料，如图1和图2所示，从充放电性能曲线发现锂离子电池用锡镍碳合金复合材料具有较好的循环性能。
第三实施方式
锂离子电池用锡镍碳合金复合材料，由25％的镍粉、30％的锡粉、35％的石墨和10％的沥青组成，以上的百分比均为质量百分比。
本实施方式的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料制备方法为：
(1)首先将25％锡粉与30％镍粉按照质量比混合并加入适量酒精高能机械球磨15小时；
(2)然后将上述机械球磨得到的合金粉末与35％的石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨15小时，所加入石墨的粒径值为18μmm；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥16小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为3℃/min，升温到900℃，恒温10小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入10％的沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨15小时，取出抽滤后真空干燥15小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为3℃/min，升温至600℃后，恒温7小时，接着以4℃/min继续升温到1200℃，恒温8小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
在本实施方式中采用酒精湿磨的方法达到原料的充分均匀混合，同时采用二次热处理制备锡镍炭合金复合材料，并且运用石墨的高循环稳定性结合锡的高比容量形成复合物，提高复合材料的整体容量，库仑效率，另外，采用沥青的包覆作用，提高了复合材料的循环稳定性和寿命。上述制备方法得到的复合材料，如图1和图2所示，从充放电性能曲线发现锂离子电池用锡镍碳合金复合材料具有较好的循环性能。

Claims (2)

1.一种锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的制备方法，其步骤为：
(1)将锡粉与镍粉按照质量比并加入适量酒精高能机械球磨10-15小时；
(2)将上述机械球磨得到的合金粉末与石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨7-15小时；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥8-16小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1-3℃/min，升温到700-900℃，恒温7-10小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨10-15小时，取出抽滤后真空干燥10-15小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为1-3℃/min，升温至400-600℃后，恒温4-7小时，接着以2.5-4℃/min继续升温到900-1200℃，恒温5-8小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料；
原料成分及质量含量为：
Figure FSB00000953101500011
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用锡镍碳合金复合材料的制备方法，其步骤为：
(1)将锡粉与镍粉按照质量比并加入适量酒精高能机械球磨12小时；
(2)将上述机械球磨得到的合金粉末与石墨混合并加入酒精继续高能机械球磨10小时；
(3)取出上述的锡镍合金炭复合物料抽滤去除酒精，然后放入烘箱真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温到800℃，恒温8小时，然后自然降到常温；
(4)冷却后取出制备的锡镍炭合金复合材料，加入沥青，然后加入酒精继续高能机械球磨12小时，取出抽滤后真空干燥12小时，接着在氮气保护下进行高温热处理，升温速度为2℃/min，升温至500℃后，恒温6小时，接着以3℃/min继续升温到1000℃，恒温6小时，最后自然冷却至常温得到所制备的锡镍炭合金复合材料。
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