一种电池负极新材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池负极新材料及其制备方法，通过如下重量份的原料制成：氧化石墨烯，40～50份；四氯化锡，40～50份；改性硅藻土，15～25份；聚偏氟乙烯，6～8份；甘油，6～8份；所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：步骤S1，取浓盐酸加4～5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克硅藻土喷洒8～12ml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制10～20分钟；步骤S2，再加入N?甲基吡咯烷酮，翻动搅拌均匀后于50～60℃反应2～3小时，每克硅藻土添加6～8ml N?甲基吡咯烷酮；步骤S3，将步骤S2所得硅藻土于75～85℃烘干后研磨成粒径为400～600目的细粉。本发明提供的电池负极新材料充放电效率高、循环性能好，制备工艺简单，原料成本低廉。
【专利说明】
一种电池负极新材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于新材料领域，具体涉及一种电池负极新材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 负极指电源中电位较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中 写在左边。从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。而负极材料，则是指电池中构成负 极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材 料、合金类负极材料和纳米级负极材料。
[0003] 锂电池目前最重要的电池之一，其是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非 水电解质溶液的电池。锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和 添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箱两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池能否成功 地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。一般来说，选择一种好的负 极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低;充放电反应可逆性好;与电 解液和粘结剂的兼容性好;比表面积小(〈I〇m 2/g)，真密度高(>2. Og/cm3);嵌锂过程中尺寸 和机械稳定性好;资源丰富，价格低廉;在空气中稳定、无毒副作用。
[0004] 高性能负极材料的开发有助于推动锂电池的更新换代。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种电池负极新材料及其制备方法。
[0006] 本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
[0007] -种电池负极新材料，通过如下重量份的原料制成:氧化石墨稀，40~50份；四氯 化锡，40~50份;改性娃藻土，15~25份;聚偏氟乙稀，6~8份;甘油，6~8份；
[0008] 所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
[0009] 步骤Sl，取浓盐酸加4~5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克 硅藻土喷洒8~12ml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制10~20分钟；步骤S2,再加入 N-甲基吡咯烷酮，翻动搅拌均匀后于50~60°C反应2~3小时，每克硅藻土添加6~8ml N-甲 基吡咯烷酮；步骤S3,将步骤S2所得硅藻土于75~85°C烘干后研磨成粒径为400~600目的 细粉。
[0010] 进一步地，所述的电池负极新材料通过如下重量份的原料制成：氧化石墨稀，45 份;四氯化锡，45份;改性硅藻土，20份;聚偏氟乙烯，7份;甘油，7份。
[0011] 进一步地，所述的电池负极新材料通过如下重量份的原料制成：氧化石墨稀，40 份；四氯化锡，40份;改性硅藻土，15份;聚偏氟乙烯，6份;甘油，6份。
[0012] 进一步地，所述的电池负极新材料通过如下重量份的原料制成：氧化石墨稀，50 份;四氯化锡，50份;改性硅藻土，25份;聚偏氟乙烯，8份;甘油，8份。
[0013] 进一步地，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤:步骤Sl，取浓盐酸加4.5倍 水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克硅藻土喷洒IOml稀盐酸，喷酸结束后 置于密闭环境中闷制15分钟;步骤S2,再加入N-甲基吡咯烷酮，翻动搅拌均匀后于55°C反应 2.5小时，每克硅藻土添加7ml N-甲基吡咯烷酮；步骤S3，将步骤S2所得硅藻土于80°C烘干 后研磨成粒径为500目的细粉。
[0014]上述电池负极新材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015] 步骤Sl，球磨氧化石墨烯:氧化石墨烯球磨至粒径为400~600目；
[0016]步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数60~70%的 溶液；
[0017] 步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量 分数为16~20 %的聚偏氟乙烯溶液；
[0018] 步骤S4，混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、改性硅藻土、聚偏氟乙烯溶液和 甘油混合搅拌，转速320~340rpm，搅拌6~10分钟；
[0019]步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在50~60 °C下放置 10~12小时，然后置于8~12°C的水中冷却，取出，90~IHTC下烘干后进行裁剪，最后在氩 气保护气氛下600~700°C烧结2~3小时，即得。
[0020] 进一步地，涂布烧结时，将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在55°C下放置 11小时，然后置于10°c的水中冷却，取出，100°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保护气氛下 650 °C烧结2.5小时。
[0021] 本发明的优点：
[0022] 本发明提供的电池负极新材料充放电效率高、循环性能好，制备工艺简单，原料成 本低廉，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范 围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对 本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
[0024] 本发明中，氧化石墨稀采用改良的Hummers方法制备，参见文献Hummers,W.S.， Jr.;Offeman，R.E.J.Am.Chem.Soc.1958，80，1339。
[0025]实施例1:电池负极材料的制备
[0026]原料重量份比：氧化石墨烯，45份；四氯化锡，45份；改性硅藻土，20份；聚偏氟乙 烯，7份;甘油，7份。
[0027]改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
[0028]步骤Sl，取浓盐酸加4.5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克 硅藻土喷洒IOml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制15分钟;步骤S2,再加入N-甲基吡 咯烷酮，翻动搅拌均匀后于55 °C反应2.5小时，每克硅藻土添加7ml N-甲基吡咯烷酮;步骤 S3，将步骤S2所得硅藻土于80°C烘干后研磨成粒径为500目的细粉。
[0029] 制备方法：
[0030] 步骤Sl，球磨氧化石墨烯:氧化石墨烯球磨至粒径为500目；
[0031]步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数65%的溶 液；
[0032]步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量 分数为18%的聚偏氟乙烯溶液；
[0033]步骤S4，混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、改性硅藻土、聚偏氟乙烯溶液和 甘油混合搅拌，转速330rpm，搅拌8分钟；
[0034]步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在55 °C下放置11小 时，然后置于10°c的水中冷却，取出，100°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保护气氛下650 °C烧结2.5小时，即得。
[0035]实施例2:电池负极材料的制备
[0036]原料重量份比：氧化石墨烯，40份；四氯化锡，40份；改性硅藻土，15份；聚偏氟乙 烯，6份;甘油，6份。
[0037]改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
[0038]步骤Sl，取浓盐酸加4.5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克 硅藻土喷洒IOml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制15分钟;步骤S2,再加入N-甲基吡 咯烷酮，翻动搅拌均匀后于55 °C反应2.5小时，每克硅藻土添加7ml N-甲基吡咯烷酮;步骤 S3，将步骤S2所得硅藻土于80°C烘干后研磨成粒径为500目的细粉。
[0039]制备方法：
[0040] 步骤Sl，球磨氧化石墨烯:氧化石墨烯球磨至粒径为500目；
[0041] 步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数65%的溶 液；
[0042]步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量 分数为18%的聚偏氟乙烯溶液；
[0043]步骤S4，混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、改性硅藻土、聚偏氟乙烯溶液和 甘油混合搅拌，转速330rpm，搅拌8分钟；
[0044]步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在55 °C下放置11小 时，然后置于10°c的水中冷却，取出，100°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保护气氛下650 °C烧结2.5小时，即得。
[0045]实施例3:电池负极材料的制备
[0046]原料重量份比：氧化石墨烯，50份；四氯化锡，50份；改性硅藻土，25份；聚偏氟乙 烯，8份;甘油，8份。
[0047]改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
[0048]步骤Sl，取浓盐酸加4.5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克 硅藻土喷洒IOml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制15分钟;步骤S2,再加入N-甲基吡 咯烷酮，翻动搅拌均匀后于55 °C反应2.5小时，每克硅藻土添加7ml N-甲基吡咯烷酮;步骤 S3，将步骤S2所得硅藻土于80°C烘干后研磨成粒径为500目的细粉。
[0049] 制备方法：
[0050] 步骤Sl，球磨氧化石墨烯:氧化石墨烯球磨至粒径为500目；
[0051] 步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数65%的溶 液；
[0052]步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量 分数为18%的聚偏氟乙烯溶液；
[0053]步骤S4，混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、改性硅藻土、聚偏氟乙烯溶液和 甘油混合搅拌，转速330rpm，搅拌8分钟；
[0054]步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在55 °C下放置11小 时，然后置于10°c的水中冷却，取出，100°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保护气氛下650 °C烧结2.5小时，即得。
[0055] 实施例4:对比实施例，硅藻土不改性
[0056]原料重量份比：氧化石墨烯，45份；四氯化锡，45份;500目硅藻土，20份;聚偏氟乙 烯，7份;甘油，7份。
[0057]制备方法：
[0058] 步骤Sl，球磨氧化石墨烯:氧化石墨烯球磨至粒径为500目；
[0059] 步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数65%的溶 液；
[0060] 步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量 分数为18%的聚偏氟乙烯溶液；
[0061 ]步骤S4,混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、500目硅藻土、聚偏氟乙烯溶液 和甘油混合搅拌，转速330rpm，搅拌8分钟；
[0062]步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在55 °C下放置11小 时，然后置于10°c的水中冷却，取出，100°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保护气氛下650 °C烧结2.5小时，即得。
[0063]实施例5:效果实施例
[0064]采用新威电池测试系统对实施例1~4制备的材料进行恒流充放电循环性能测试， 充放电电流密度为O.lmA/cm2,电压范围为0.2-1.5V(Li+/Li)。首次可逆容量、充放电效率 和50次充放电循环后的可逆容量、充放电效率如下表所示：
[0066] 上述结果表明，本发明提供的电池负极新材料充放电效率高、循环性能好，制备工 艺简单，原料成本低廉，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。
[0067] 上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护 范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
【主权项】
1. 一种电池负极新材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成:氧化石墨稀，40~ 50份；四氯化锡，40~50份;改性娃藻土，15~25份;聚偏氟乙稀，6~8份;甘油，6~8份； 所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤： 步骤S1，取浓盐酸加4~5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒稀盐酸，每克硅藻 土喷洒8~12ml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制10~20分钟；步骤S2,再加入N-甲 基吡咯烷酮，翻动搅拌均匀后于50~60°C反应2~3小时，每克硅藻土添加6~8ml N-甲基吡 咯烷酮;步骤S3,将步骤S2所得硅藻土于75~85°C烘干后研磨成粒径为400~600目的细粉。2. 根据权利要求1所述的电池负极新材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成： 氧化石墨烯，45份；四氯化锡，45份;改性硅藻土，20份;聚偏氟乙烯，7份;甘油，7份。3. 根据权利要求1所述的电池负极新材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成： 氧化石墨烯，40份;四氯化锡，40份;改性硅藻土，15份;聚偏氟乙烯，6份;甘油，6份。4. 根据权利要求1所述的电池负极新材料，其特征在于，通过如下重量份的原料制成： 氧化石墨烯，50份;四氯化锡，50份;改性硅藻土，25份;聚偏氟乙烯，8份;甘油，8份。5. 根据权利要求1~4任一所述的电池负极新材料，其特征在于，所述改性娃藻土的制 备方法包括如下步骤:步骤S1，取浓盐酸加4.5倍水稀释制得稀盐酸，边翻动硅藻土边喷洒 稀盐酸，每克硅藻土喷洒l〇ml稀盐酸，喷酸结束后置于密闭环境中闷制15分钟;步骤S2,再 加入N-甲基吡咯烷酮，翻动搅拌均匀后于55°C反应2.5小时，每克硅藻土添加7ml N-甲基吡 咯烷酮;步骤S3，将步骤S2所得硅藻土于80°C烘干后研磨成粒径为500目的细粉。6. 权利要求1~4任一所述电池负极新材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤S1，球磨氧化石墨稀:氧化石墨稀球磨至粒径为400~600目； 步骤S2,配制四氯化锡溶液：以水为溶剂，将四氯化锡配制成质量分数60~70%的溶 液； 步骤S3,配制聚偏氟乙烯溶液：以二甲基乙酰胺为溶剂，将聚偏氟乙烯配制成质量分数 为16~20%的聚偏氟乙稀溶液； 步骤S4,混合搅拌:将氧化石墨烯、四氯化锡溶液、改性硅藻土、聚偏氟乙烯溶液和甘油 混合搅拌，转速320~340rpm，搅拌6~10分钟； 步骤S5，涂布烧结:将步骤S4得到的混合物料涂布于圆铜片上，在50~60 °C下放置10~ 12小时，然后置于8~12°C的水中冷却，取出，90~110°C下烘干后进行裁剪，最后在氩气保 护气氛下600~700°C烧结2~3小时，即得。7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:涂布烧结时，将步骤S4得到的混合物 料涂布于圆铜片上，在55 °C下放置11小时，然后置于10 °C的水中冷却，取出，100 °C下烘干后 进行裁剪，最后在氩气保护气氛下650 °C烧结2.5小时。
【文档编号】H01M10/0525GK106058197SQ201610595656
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610595656.1, CN 106058197 A, CN 106058197A, CN 201610595656, CN-A-106058197, CN106058197 A, CN106058197A, CN201610595656, CN201610595656.1
【发明人】王攀, 汪琴伟
【申请人】王攀