專利名稱：鋰離子電池錫基合金負極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋰離子電池負極材料及其制備領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池錫基合 金負極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對環(huán)境保護的重視程度不斷提高，人們對化學(xué)電 源特別是二次電池的用量和質(zhì)量提出了更高的要求。而鋰離子電池具有高能量、長壽命、低 成本、污染小等特點，使得它在新興的高技術(shù)便攜式電子產(chǎn)品如移動電話、便攜式計算機、 無繩電動工具和攝象機等方面得到了廣泛的應(yīng)用，并在國防工業(yè)、電動汽車、空間技術(shù)等方 面展示了廣闊的應(yīng)用前景和潛在的巨大經(jīng)濟效益。目前，已實際應(yīng)用于鋰離子電池的貯鋰負極材料基本上都是碳素材料，如人工石 墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。通常，鋰在碳材料中形成的化 合物的理論表達式為LiC6，按化學(xué)計量的理論比容量只有372mAh/g，而且它的密度也比較 小，導(dǎo)致其體積比容量很低。此外，當充放電電位達到OV或更低時，石墨電極上有鋰沉積出 來，存在安全隱患。所以研究高體積比容量、安全性能好的負極材料，是鋰離子電池技術(shù)發(fā) 展、特別是新型鋰動力電池發(fā)展的必然要求。與碳材料相比，錫基合金材料具有高質(zhì)量比容量和體積比容量、安全可靠、資源廣 泛、原料價格便宜等優(yōu)點，使其作為新一代鋰動力電池負極材料方面具有很大發(fā)展?jié)摿?，?起了人們的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋰離子電池錫基合金負極材料及其制備 方法，該材料具有高容量、循環(huán)性能好，制備方法簡單，成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的一種鋰離子電池錫基合金負極材料，其組分包括金屬錫銻鈮合金，合金 中錫、銻、鈮的摩爾比為1 (0.5-1.5) (0.5-1.5)。本發(fā)明的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，包括將摩爾比為1 (0.5-1.5) (0.5-1.5)的金屬錫、金屬銻和金屬鈮混合，在惰性 氣體的保護下，加入球磨控制劑，充分球磨混合均勻，然后在惰性氣體的保護下退火，得到 鋰離子電池錫基合金負極材料。所述的球磨控制劑為正己烷，添加量為5_30ml。所述的退火溫度為150-300°C。所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 0.8 1.2。所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 0.5 1.5。所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 1.5 0.5。所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為 644mAh/g，可逆充電容量為568mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為336mAh/g。
所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為 1566mAh/g，可逆充電容量為869mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為697mAh/g。所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為 655mAh/g，可逆充電容量為572mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為345mAh/g。所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為 565mAh/g，可逆充電容量為538mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為310mAh/g。錫基合金材料中具有多個活性/活性和活性/非活性體系，材料中各活性成分嵌 脫鋰電位的不同，非活性成分均勻分布在活性成分周圍，可以對活性成分起緩沖作用，這種 結(jié)構(gòu)理論上更能有效地緩沖材料嵌脫鋰時體積的變化和阻止活性成分的團聚，從而提高材 料的貯鋰性能。有益效果(1)本發(fā)明的負極材料中活性成分Sn和Sb的嵌脫鋰電位的不同，而非活性成分 Nb均勻地分布在活性組分周圍，能緩沖材料在充放電過程中的體積膨脹，避免了材料與外 部應(yīng)力的產(chǎn)生，從而提高材料的貯鋰容量和循環(huán)壽命；且錫銻鈮合金負極材料粉體顆粒均 勻。(2)本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為實施例1合成的鋰離子電池錫基合金負極材料的XRD圖；圖2為實施例1合成的鋰離子電池錫基合金負極材料的前二十周的循環(huán)容量曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實施例1用電子天平準確稱取9. 29g金屬Nb、11. 86g金屬Sn和12. 17g金屬Sb，它們的摩 爾比為Nb Sn Sb = 1 1 1，混合均勻后放入行星式球磨機中，然后加入20ml正己 烷作為球磨控制劑，充入氬氣作為保護氣，用不銹鋼磨球充分球磨60小時，球料質(zhì)量比為 20 1，然后在氬氣保護下在管式爐中于250°C退火3小時即得產(chǎn)物。將合成的材料與乙炔黑、聚四氟乙烯按約80 10 10的質(zhì)量比混合均勻，用壓 膜機壓制成厚度約為Imm的薄膜，置于烘箱中于120°C充分烘干，截取表面積為Icm2的圓形 膜，壓制在不銹鋼網(wǎng)上，制成研究電極。將研究電極置于實驗?zāi)M電池裝置中，加入電解液， 電解質(zhì)為Imol化―1 LiPF6+EC+DEC(EC和DEC的體積比為1 1)。以金屬鋰為對電極，模擬 電池的裝配在充滿氬氣的手套箱中進行。充放電電流為50mA/g，充放電電壓范圍為1. 5V到 OV (vs. Li)。在第一周循環(huán)過程中，放電容量為644mAh/g，可逆充電容量為568mAh/g，循環(huán) 20次后可逆容量為336mAh/g。
4
實施例2稱取適量的金屬Sn、金屬Sb和金屬Nb，它們的摩爾比為Sn Sb Nb = 1 0.8 1.2，放入行星式球磨機中，然后加入15ml正己烷作為球磨控制劑，充入氮氣作 為保護氣，用不銹鋼磨球充分球磨48小時，球料比為15 1，然后在氮氣保護下在管式爐中 于200°C退火4小時即得產(chǎn)物。將合成的材料與乙炔黑、聚四氟乙烯按約80 10 10的質(zhì)量比混合均勻，用壓 膜機壓制成厚度約為Imm的薄膜，置于烘箱中于120°C充分烘干，截取表面積為Icm2的圓形 膜，壓制在不銹鋼網(wǎng)上，制成研究電極。將研究電極置于實驗?zāi)M電池裝置中，加入電解液， 電解質(zhì)為Imol化―1 LiPF6+EC+DEC(EC和DEC的體積比為1 1)。以金屬鋰為對電極，模擬 電池的裝配在充滿氬氣的手套箱中進行。充放電電流為50mA/g，充放電電壓范圍為1. 5V到 OV (vs. Li)。在第一周循環(huán)過程中，放電容量為559mAh/g，可逆充電容量為512mAh/g，循環(huán) 20次后可逆容量為307mAh/g。實施例3稱取適量的金屬Sn、金屬Sb和金屬Nb，它們的摩爾比為Sn Sb Nb = 1 0.5 1.5，放入行星式球磨機中，然后加入15ml正己烷作為球磨控制劑，充入氮氣作 為保護氣，用不銹鋼磨球充分球磨48小時，然后在氮氣保護下在管式爐中于150°C退火4小 時即得產(chǎn)物。將合成的材料與乙炔黑、聚四氟乙烯按約80 10 10的質(zhì)量比混合均勻，用壓 膜機壓制成厚度約為Imm的薄膜，置于烘箱中于120°C充分烘干，截取表面積為Icm2的圓形 膜，壓制在不銹鋼網(wǎng)上，制成研究電極。將研究電極置于實驗?zāi)M電池裝置中，加入電解液， 電解質(zhì)為Imol化―1 LiPF6+EC+DEC(EC和DEC的體積比為1 1)。以金屬鋰為對電極，模擬 電池的裝配在充滿氬氣的手套箱中進行。充放電電流為50mA/g，充放電電壓范圍為1. 5V到 OV (vs. Li)。在第一周循環(huán)過程中，放電容量為655mAh/g，可逆充電容量為572mAh/g，循環(huán) 20次后可逆容量為345mAh/g。實施例4稱取適量的金屬Sn、金屬Sb和金屬Nb，它們的摩爾比為Sn Sb Nb = 1 1.5 0.5，放入行星式球磨機中，然后加入15ml正己烷作為球磨控制劑，充入氮氣作 為保護氣，用不銹鋼磨球充分球磨48小時，然后在氮氣保護下在管式爐中于30(TC退火4小 時即得產(chǎn)物。將合成的材料與乙炔黑、聚四氟乙烯按約80 10 10的質(zhì)量比混合均勻，用壓 膜機壓制成厚度約為Imm的薄膜，置于烘箱中于120°C充分烘干，截取表面積為Icm2的圓形 膜，壓制在不銹鋼網(wǎng)上，制成研究電極。將研究電極置于實驗?zāi)M電池裝置中，加入電解液， 電解質(zhì)為Imol化―1 LiPF6+EC+DEC(EC和DEC的體積比為1 1)。以金屬鋰為對電極，模擬 電池的裝配在充滿氬氣的手套箱中進行。充放電電流為50mA/g，充放電電壓范圍為1. 5V到 OV (vs. Li)。在第一周循環(huán)過程中，放電容量為565mAh/g，可逆充電容量為538mAh/g，循環(huán) 20次后可逆容量為310mAh/g。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池錫基合金負極材料，其組分包括金屬錫銻鈮合金，合金中錫、銻、鈮的摩爾比為1∶(0.5 1.5)∶(0.5 1.5)。
2.一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，包括將摩爾比為1 (0.5-1.5) (0.5-1.5)的金屬錫、金屬銻和金屬鈮混合，在惰性氣體 的保護下，加入球磨控制劑，充分球磨混合均勻，然后在惰性氣體的保護下退火，得到鋰離 子電池錫基合金負極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述的球磨控制劑為正己烷，添加量為5-30ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述的退火溫度為150-300°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 0.8 1.2。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 0.5 1.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述金屬錫、金屬銻和金屬鈮的摩爾比為1 1.5 0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為644mAh/g， 可逆充電容量為568mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為336mAh/g。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為1566mAh/ g，可逆充電容量為869mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為697mAh/g。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池錫基合金負極材料的制備方法，其特征在 于所述的使用上述材料制成的鋰離子電池，在第一周循環(huán)過程中，放電容量為655mAh/g， 可逆充電容量為572mAh/g，循環(huán)20次后可逆容量為345mAh/g。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池錫基合金負極材料及其制備方法，材料的組分包括，金屬錫銻鈮合金；制備包括，將金屬錫、金屬銻和金屬鈮混合，在惰性氣體的保護下，加入球磨控制劑，充分球磨混合均勻，然后在惰性氣體的保護下退火，即得。本發(fā)明的材料高容量、循環(huán)性能好，制備方法簡單，成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01M4/134GK101914703SQ201010216540
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者彭振博, 袁正勇, 邱從平, 陳亞東 申請人:寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院