CN109524630A - 一种包覆型复合负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包覆型复合负极材料的制备方法，将硅酸钠与其质量10‑20倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量3‑10倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理后制得混合物A；将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌0.5‑20h，得到混合物B；将混合物B控制温度在65‑125℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在80‑150℃下真空烘干，制得混合物C；将混合物C压块，在保护气氛下350‑800℃温度下高温煅烧，即得包覆型复合负极材料。本发明可有效提升石墨负极材料吸收电解液的性能，同时极大地提升了石墨负极材料的离子导电性与电子导电性，极大地提升了倍率性能以及循环过程中的库伦效率。

Description

一种包覆型复合负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种包覆型复合负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池是目前世界上最先进的商品化二次电池，但是电子科技的发展对锂离子电池提出了更高的要求：更高的能量密度、更高的功率密度以及更好的循环寿命，这就要求锂离子电池的材料需要得到进一步地发展与完善。因此，锂离子电池负极材料一直是研究的一个重点。石墨由于具有资源丰富、价格低廉、充放电电压平台低、安全性好等优点，已成为目前锂离子电池中应用最广泛的负极材料。但是，随着技术的发展，石墨的缺点也进一步显现出来：与电解液的相容性差；高能量密度要求增加正负极活性材料的涂布重量与压实密度，而石墨负极材料涂布重量与压实密度增加后电解液浸润困难，电子导电性与离子导电性变差，造成其倍率性能差，循环寿命也大幅减小。高比容量和长循环寿命，是现阶段电动车用可充放锂离子电池最迫切需要突破的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包覆型复合负极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量10-20倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量3-10倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理后制得混合物A；
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌0.5-20h，得到混合物B；
3)将混合物B控制温度在65-125℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在80-150℃下真空烘干，制得混合物C；
4)将混合物C压块，在保护气氛下350-800℃温度下高温煅烧，即得包覆型复合负极材料。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，超声功率为200-1000W。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，超声时间为10-90min。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，搅拌速度为60-400r/min。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，将混合物B控制温度在70-110℃。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，真空烘干时间为2-24h。
作为本发明进一步的方案：步骤4)中，保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。
作为本发明进一步的方案：步骤4)中，高温煅烧温度为400-600℃
作为本发明进一步的方案：步骤4)中，高温煅烧时间为3-10h。
作为本发明进一步的方案：步骤4)中，高温煅烧时间为5-8h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明包覆型复合负极材料，可有效提升石墨负极材料吸收电解液的性能，同时极大地提升了石墨负极材料的离子导电性与电子导电性，极大地提升了倍率性能以及循环过程中的库伦效率。本发明的制备方法简单，绿色无污染，原料来源广，成本低廉，适合于大规模推广。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量10倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量3倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理10min后制得混合物A；超声功率为200W。
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌0.5h，得到混合物B；搅拌速度为60r/min。
3)将混合物B控制温度在65℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在80℃下真空烘干24h，制得混合物C。
4)将混合物C压块，在氮气气氛下350℃温度下高温煅烧3h，即得包覆型复合负极材料。
实施例2
本发明实施例中，一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量10-20倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量10倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理90min后制得混合物A；超声功率为1000W。
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌20h，得到混合物B；搅拌速度为400r/min。
3)将混合物B控制温度在125℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在150℃下真空烘干2h，制得混合物C。
4)将混合物C压块，在氮气气氛下800℃温度下高温煅烧10h，即得包覆型复合负极材料。
实施例3
本发明实施例中，一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量10倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量3倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理30min后制得混合物A；超声功率为400W。
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌1h，得到混合物B；搅拌速度为100r/min。
3)将混合物B控制温度在70℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在100℃下真空烘干20h，制得混合物C。
4)将混合物C压块，在氩气气氛下400℃温度下高温煅烧5h，即得包覆型复合负极材料。
实施例4
本发明实施例中，一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量15倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量8倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理70min后制得混合物A；超声功率为800W。
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌15h，得到混合物B；搅拌速度为300r/min。
3)将混合物B控制温度在110℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在120℃下真空烘干10h，制得混合物C。
4)将混合物C压块，在氩气气氛下600℃温度下高温煅烧8h，即得包覆型复合负极材料。
实施例5
本发明实施例中，一种包覆型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量15倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量6倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理50min后制得混合物A；超声功率为600W。
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌10h，得到混合物B；搅拌速度为200r/min。
3)将混合物B控制温度在90℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在110℃下真空烘干12h，制得混合物C。
4)将混合物C压块，在氦气气氛下500℃温度下高温煅烧6h，即得包覆型复合负极材料。
以实施例5制备的包覆型复合负极材料为负极材料，以传统石墨负极材料作为参照；按常规的锂离子电池制作方法，正、负极采用卷绕结构制作成额定电压为5.0Ah的32650型锂离子电池，对其电池性能测试，结果如表1所示：
表1
放电容量 2C放电容量保持率 充放电500循环后的容量保持率
实施例5 100.2％ 93.1％ 87.9％
参照 100％ 65.5％ 75.2％
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将硅酸钠与其质量10-20倍的去离子水混合，制得硅酸钠溶液；将硝酸锡溶解于其质量3-10倍的无水乙醇中配制成硝酸锡溶液；然后再将碳纳米管置入硝酸锡溶液中，超声处理后制得混合物A；
2)将石墨与混合物A混合，搅拌均匀后，在加入硅酸钠溶液并持续搅拌0.5-20h，得到混合物B；
3)将混合物B控制温度在65-125℃，直至水与无水乙醇蒸干；再在80-150℃下真空烘干，制得混合物C；
4)将混合物C压块，在保护气氛下350-800℃温度下高温煅烧，即得包覆型复合负极材料。
2.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，超声功率为200-1000W。
3.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，超声时间为10-90min。
4.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤2)中，搅拌速度为60-400r/min。
5.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤3)中，将混合物B控制温度在70-110℃。
6.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤3)中，真空烘干时间为2-24h。
7.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤4)中，保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。
8.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤4)中，高温煅烧温度为400-600℃。
9.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤4)中，高温煅烧时间为3-10h。
10.根据权利要求1所述的包覆型复合负极材料的制备方法，其特征在于步骤4)中，高温煅烧时间为5-8h。
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