本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法,属于新能源技术领域。
背景技术
近几十年来,随着煤、石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭,以及其燃烧带来的环境污染问题,能源和环境已经成为影响当今世界可持续发展的两大难题。为了解决这两难题,开发新型可再生绿色能源来代替传统化石燃料迫在眉睫。锂离子电池作为新一代储能装置,具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点,是目前使用最广泛的储能装置之一。然而,生产成本高、实际容量低、安全性能差等缺点严重阻碍了锂离子电池的进一步发展,限制了其在更广泛领域中的应用。
锂离子电池主要包括四个部分,分别是正极材料、隔膜、电解液和负极材料。负极材料在锂离子电池中起着至关重要的作用,近年来,改善负极材料性能的研究已成为锂离子电池研究热点。总的来说,当前对于负极材料的研究主要包含以下几种类型:锡基、硅基、锗基等合金及其氧化物负极材料,这些材料均具有非常高的比容量。然而这些负极材料往往因为在充放电过程中产生巨大的体积变化,导致材料的循环稳定性变差、容量衰减,因此制备高容量且循环稳定性良好的负极材料,是目前的研究热点。
锡基负极材料具有较高的理论容量,但sno2在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀(~300%),进而出现颗粒粉化、团聚问题,并且电导率也较低,该性质最终导致sno2负极材料的可逆容量较低、倍率性能和循环性能都较差。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题:针对目前sno2在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀,进而出现颗粒粉化、团聚,从而导致负极材料可逆容量较低、循环性能都较差的问题,本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
一种锂离子电池负极材料的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)按质量比1:4~6:5,取正硅酸乙酯、乙二醇及乙醇溶液混合均匀,超声震荡,再加入正硅酸乙酯质量1~3%的添加剂,搅拌混合,静置,得基础混合液;
(2)按质量份数计,取70~90份基础混合液、40~50份氨水、4~6份溴代十六烷基吡啶、3~7份改性剂、1~5份表面活性剂放入反应器中,使用氮气保护,在1.3~1.5mpa,122~125℃下搅拌反应;
(3)在反应结束后,收集反应混合物,将反应混合物、四氯化锡及水按质量比2:4~6:5:4~7混合均匀,调节ph至6.5~7.0,静置,再进行微波加热至300~450℃,保温,过滤,收集滤渣;
(4)将滤渣进行激光照射改性,洗涤,干燥,粉碎,即得锂离子电池负极材料。
所述步骤(1)中添加剂为硫酸钡、硝酸钡中的任意一种。
所述步骤(2)中改性剂为n-辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷按质量比4:4~6进行混合。
所述步骤(2)中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任意一种。
所述步骤(4)中洗涤过程依次为使用乙二醇、乙醇、水。
所述步骤(4)中激光照射改性的条件是使用二氧化碳激光器,功率为900~1000w,扫描宽度为3~5mm,扫描速度为0.9~1.1m/min。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
本发明以正硅酸乙酯、溴代十六烷基吡啶、改性剂等作为原料制备出改性介孔硅载体,在此过程中四氯化锡及石墨烯,通过氨水的作用使四氯化锡形成凝胶包裹载体,并且在改性剂的改性下,提高了介孔载体的吸附性能,使锡元素吸附在介孔载体内部,通过增加微量钡元素,可以有效的抑制载体及氧化锡的膨胀性能,并且通过激光的改性,使负载锡的载体,结合在石墨烯表面,并且形成致密的氧化锡层,外部为介孔载体进行保护,可以有效的避免在使用过程中氧化锡的膨胀,以及颗粒的团聚,从而有效的提高负极材料可逆容量、循环性能。
具体实施方式
添加剂的选择为硫酸钡、硝酸钡中的任意一种。
改性剂的选择为n-辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷按质量比4:4~6进行混合。
表面活性剂的选择为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任意一种。
一种锂离子电池负极材料的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)按质量比1:4~6:5,取正硅酸乙酯、乙二醇及乙醇溶液混合均匀,超声震荡10min,再加入正硅酸乙酯质量1~3%的添加剂,搅拌混合,静置10~15h,得基础混合液;
(2)按质量份数计,取70~90份基础混合液、40~50份氨水、4~6份溴代十六烷基吡啶、3~7份改性剂、1~5份表面活性剂放入反应器中,使用氮气保护,在1.3~1.5mpa,122~125℃下搅拌反应6~8h;
(3)在反应结束后,收集反应混合物,将反应混合物、四氯化锡、水及石墨烯按质量比2:4~6:5:4~7混合均匀,调节ph至6.5~7.0,静置1~3h,再进行微波加热至300~450℃,保温70~90min,过滤,收集滤渣;
(4)将滤渣进行激光照射改性,设定条件为使用二氧化碳激光器,功率为900~1000w,扫描宽度为3~5mm,扫描速度为0.9~1.1m/min,依次使用乙二醇、无水乙醇、水洗涤,干燥,粉碎,即得锂离子电池负极材料。
添加剂的选择为硝酸钡。
改性剂的选择为n-辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷按质量比4:6进行混合。
表面活性剂的选择为十二烷基苯磺酸钠。
一种锂离子电池负极材料的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)按质量比1:6:5,取正硅酸乙酯、乙二醇及乙醇溶液混合均匀,超声震荡10min,再加入正硅酸乙酯质量3%的添加剂,搅拌混合,静置15h,得基础混合液;
(2)按质量份数计,取90份基础混合液、50份氨水、6份溴代十六烷基吡啶、7份改性剂、5份表面活性剂放入反应器中,使用氮气保护,在1.5mpa,125℃下搅拌反应8h;
(3)在反应结束后,收集反应混合物,将反应混合物、四氯化锡、水及石墨烯按质量比2:6:5:7混合均匀,调节ph至7.0,静置3h,再进行微波加热至450℃,保温90min,过滤,收集滤渣;
(4)将滤渣进行激光照射改性,设定条件为使用二氧化碳激光器,功率1000w,扫描宽度为5mm,扫描速度为1.1m/min,依次使用乙二醇、无水乙醇、水洗涤,干燥,粉碎,即得锂离子电池负极材料。
添加剂的选择为硫酸钡。
改性剂的选择为n-辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷按质量比4:5进行混合。
表面活性剂的选择为十二烷基硫酸钠。
一种锂离子电池负极材料的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)按质量比1:5:5,取正硅酸乙酯、乙二醇及乙醇溶液混合均匀,超声震荡10min,再加入正硅酸乙酯质量2%的添加剂,搅拌混合,静置13h,得基础混合液;
(2)按质量份数计,取80份基础混合液、45份氨水、5份溴代十六烷基吡啶、5份改性剂、3份表面活性剂放入反应器中,使用氮气保护,在1.4mpa,123℃下搅拌反应7h;
(3)在反应结束后,收集反应混合物,将反应混合物、四氯化锡、水及石墨烯按质量比2:5:5:6混合均匀,调节ph至7.0,静置2h,再进行微波加热至380℃,保温80min,过滤,收集滤渣;
(4)将滤渣进行激光照射改性,设定条件为使用二氧化碳激光器,功率为950w,扫描宽度为4mm,扫描速度为1.0m/min,依次使用乙二醇、无水乙醇、水洗涤,干燥,粉碎,即得锂离子电池负极材料。
添加剂的选择为硫酸钡。
改性剂的选择为n-辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷按质量比4:4进行混合。
表面活性剂的选择为十二烷基苯磺酸钠。
一种锂离子电池负极材料的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)按质量比1:4:5,取正硅酸乙酯、乙二醇及乙醇溶液混合均匀,超声震荡10min,再加入正硅酸乙酯质量1%的添加剂,搅拌混合,静置10h,得基础混合液;
(2)按质量份数计,取70份基础混合液、40份氨水、4份溴代十六烷基吡啶、3份改性剂、1份表面活性剂放入反应器中,使用氮气保护,在1.3mpa,122℃下搅拌反应6h;
(3)在反应结束后,收集反应混合物,将反应混合物、四氯化锡、水及石墨烯按质量比2:4:5:4混合均匀,调节ph至6.5,静置1h,再进行微波加热至300℃,保温70min,过滤,收集滤渣;
(4)将滤渣进行激光照射改性,设定条件为使用二氧化碳激光器,功率为900w,扫描宽度为3mm,扫描速度为0.9m/min,依次使用乙二醇、无水乙醇、水洗涤,干燥,粉碎,即得锂离子电池负极材料。
对比例市售的sno2/石墨烯锂离子电池负极片。
负极片的制备将实施例1~3制备的锂离子电池负极材料和聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比8:1,加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)混合制成均匀的浆料,用涂膜法均匀涂在铜箔上,烘干后,冲成12mm左右的圆形电极片,得负极片。
性能测试将制备的负极片与对比例的负极片在200ma/g下经过100次反复充放电结果如表1所示。
表1
由此可见本发明制备的负极材料具有较好的可逆容量、循环性能。