专利名称：一种锂电池负极材料的制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锂电池负极复合材料的制备方法及其应用，属于电化学领域。
背景技术：
锂电池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。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应Li+Mn02 = LiMn02该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。目前，随着可移动电子设备对高容量、长寿命电池需求的日益增长，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。锂电池主要优点能量比比较高，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；使用寿命长，使用寿命可达到6年以上；额定电压高(单体工作电压为3. 7V或3. 2V)，约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；具备高功率承受压力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到/月以下，不到镍氢电池的1/20 ； 绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。由于锂电池的很多优点，锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是，锂离子电池容量偏低已成为制约电池工业发展的一个瓶颈，寻找更高比容量的正极材料和负极材料已成为电池材料领域的一个发展方向。自20世纪90年代初SONY 公司推出商业化的锂离子电池以来，正极材料的比容量一直相对偏低，该问题始终没有大的突破，其研究焦点是寻找新的正极材料体系，降低正极材料的成本，提高正极材料的安全性能。目前商业化的负极材料是碳，自锂离子电池商业化以来，碳材料的研究获得了长足的进步，实际比容量提高很快，已经接近372mAhI^的理论值，很难再有提升的空间。寻找替代碳的负极材料成为一个重要的发展方向，Si、Sn、Al、Sb等材料以其较高的理论比容量受到锂离子电池材料界的瞩目。硅具有很多优点，地球上储量丰富、成本较低、对环境无害。硅和锂能形成合金，具有4种相态Lil2Si7、Lil3 Si4、Li7 Si3和Li22 Si5。硅具有较高的理论比容量(Li22 Si5 :4200mAhPg)和较低的嵌锂电位(vsLi+PLi)，因而是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料。然而在充放电过程中，硅的脱嵌锂反应将伴随310%的体积变化，易引起电极开裂和活性物质脱落，从而导致电极循环性能恶化。解决这个问题的思路之一是合成硅基复合物，缓冲电极的体积膨胀，提高电极的循环稳定性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足之处，提供一种锂电池负极复合材料的制备方法，通过该方法制备的负极材料具备充放电效率高、循环性能好等优点。
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本发明的目的是通过下述技术方案实现的一种锂电池负极复合材料的制备方法，包括如下步骤1)碳化硅微粉、铜粉、铝粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合搅拌 30分钟。2)球磨罐进行排空气体，并充入氩气，将步骤1)获得的混合原料装入球磨罐中进行60小时的球磨处理制得复合材料，其中球磨罐采用聚胺脂磨罐，磨球为天然玛瑙，以无水乙醇为球磨介质，球料重量比为8 1。3)在步骤2、获得复合材料中添加75%乙醇，其中复合材料和75%乙醇的比例为 1克1. 5毫升，搅拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比为 10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作为成膜助剂，搅拌制得浆料，涂布于圆铜片上，然后在60°C下放置15小时，进行退火处理，水冷却后，100°C下烘干，裁剪，最后在氩气保护气氛下600°C烧结4小时，即得本发明负电极材料。所述碳化硅粉末优选按照如下步骤制备而成选取粒径为3mm的碳化硅段砂，然后除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，粒径在15-16um和^_30um两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得，其中三氧化二铁的含量控制在0. 05%以内，碳的含量控制在0. 05%以内。所述铜粉优选由铜片球磨30小时，然后过200目筛得。所述铝粉优选由铝片球磨12小时，然后过200目筛得。所述石墨粉，优选其粒径为300目。所述退火处理的条件优选为温度为420°C，保温时间为120秒，退火气氛选用氮气和氨气的混合气氛，二者体积比为4 1。本发明制备工艺简单有效，通过简单的操作步骤，即可获得理想的负极材料，节省了中间繁琐的流程步骤，更为环保简易。本发明制备获得的负极材料具备充放电效率高、循环性能好等优点，具有广泛的应用价值。
具体实施例方式实施例1锂电池负极复合材料的制备方法，包括如下步骤1)碳化硅微粉、铜粉、铝粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合搅拌 30分钟。2)球磨罐进行排空气体，并充入氩气，将步骤1)获得的混合原料装入球磨罐中进行60小时的球磨处理制得复合材料，其中球磨罐采用聚胺脂球磨罐，磨球为天然玛瑙，以无水乙醇为球磨介质，磨球与复合材料重量比为8 1。3)在步骤2)获得复合材料中添加75%乙醇(V/V)，其中复合材料和75%乙醇的比例为1克1. 5毫升，搅拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比为10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作为成膜助剂，搅拌制得浆料，涂布于圆铜片上，然后在60°C下放置15小时，进行退火处理，水冷却后，100°C下烘干，裁剪，最后在氩气保护气氛下600°C烧结4小时，即得负电极材料。
实施例21)原材料的制备按照如下步骤制备而成选取粒径为3mm的碳化硅段砂，然后除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，粒径在15-1611111和四-3011111两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得本发明所需碳化硅微粉，其中三氧化二铁的含量控制在0. 05 %以内，碳的含量控制在0.05%以内。铜粉由铜片球磨30小时，然后过200目筛得。铝粉由铝片球磨12小时， 然后过200目筛得。石墨粉粒径为300目。将上述制备获得的碳化硅微粉、铜粉、铝粉、石墨粉按照重量比10 :2:1: 1的比例混合搅拌30分钟。2)球磨罐进行排空气体，并充入氩气，将步骤1)获得的混合原料装入球磨罐中进行60小时的球磨处理制得复合材料，其中球磨罐采用聚胺脂球磨罐，磨球为天然玛瑙，以无水乙醇为球磨介质，磨球与复合材料重量比为8 1。3)在步骤2)获得复合材料中添加75%乙醇(V/V)，其中复合材料和75%乙醇的比例为1克1. 5毫升，搅拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比为10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作为成膜助剂，搅拌制得浆料，涂布于圆铜片上，然后在60°C下放置15小时，进行退火处理，经过水冷却后，100°C下烘干，裁剪，最后在氩气保护气氛下600°C烧结4小时，即得负电极材料。其中退火处理的条件为温度为 420°C，保温时间为120秒，退火气氛选用氮气和氨气的混合气氛，二者体积比为4 1。产品性能参数测定采用新威电池测试系统对材料进行恒流充放电循环性能测试，充放电电流密度为 0. 2mA/cm2,电压范围为 0. 01-2V(Li+/Li)。
权利要求
1.一种锂电池负极复合材料的制备方法，包括如下步骤1)碳化硅微粉、铜粉、铝粉、石墨粉按照重量比10:2:1: 1的比例混合搅拌30分钟；2)球磨罐进行排空气体，并充入氩气，将步骤1)获得的混合原料装入球磨罐中进行60 小时的球磨处理制得复合材料，其中球磨罐采用聚胺脂磨罐，磨球为天然玛瑙，以无水乙醇为球磨介质，球料重量比为8 1 ；3)在步骤幻获得复合材料中添加75%乙醇，其中复合材料和75%乙醇的比例为1 克1.5毫升，搅拌均勻制得混合物，然后按照混合物和聚乙烯吡咯烷酮K-30重量比为 10 1的比例加入聚乙烯吡咯烷酮K-30作为成膜助剂，搅拌制得浆料，涂布于圆铜片上，然后在60°C下放置15小时，进行退火处理，水冷却后，100°C下烘干，裁剪，最后在氩气保护气氛下600°C烧结4小时，即得；所述碳化硅粉末优选按照如下步骤制备而成选取粒径为3mm的碳化硅段砂，除铁、除碳，进行碱洗，晾晒并烘干，然后进行气流磨粉碎，然后用不同目径的粉筛网进行筛分，获得粒径在15-16um和^_30um两种碳化硅微粉，最后将两种碳化硅微粉按照1 1的比例混合即得，其中三氧化二铁的含量控制在0. 05%以内，碳的含量控制在0. 05%以内。 所述铜粉优选由铜片球磨30小时，然后过200目筛得； 所述铝粉优选由铝片球磨12小时，然后过200目筛得； 所述石墨粉，优选其粒径为300目；所述退火处理的条件优选为温度为420°C，保温时间为120秒，退火气氛选用氮气和氨气的混合气氛，二者体积比为4 1。
2.按照权利要求1所述的方法制备得到负电极材料。
3.权利要求2所述的负电极材料在锂电池制备中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种锂电池负极复合材料，其由碳化硅微粉、铜粉、铝粉、石墨粉等按照一定比例制备而成。本发明还涉及一种锂电池负极复合材料的制备方法，该方法工艺简单有效，节省了中间繁琐的流程步骤，更为环保简易。本发明制备获得的负极材料具备充放电效率高、循环性能好等优点，具有广泛的应用价值。
文档编号H01M4/139GK102354740SQ201110289830
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者胡尊奎 申请人:胡尊奎