專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于直接轉(zhuǎn)化學(xué)能為電能的裝置，尤其涉及一種鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料。
在1990年，日本索尼能源公司推出以LiCoO2作正極，碳材料為負(fù)極的鋰離子二次電池體系。由于該電池體系首次采用了石油焦炭作為負(fù)極材料，從而大大提高了能量密度與循環(huán)壽命。
鋰離子電池具有比其它二次電池明顯的性能優(yōu)勢(shì)高電壓、高的能量密度和長(zhǎng)的循環(huán)壽命，在近十年間得以非?？焖俚匕l(fā)展。其應(yīng)用范圍包括便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通訊器材、攝像機(jī)、照相機(jī)以及其它高檔電子產(chǎn)品和諸如航天航空、軍事、醫(yī)療等特殊領(lǐng)域。而隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)鋰離子電池的需求將大幅度提高。
負(fù)極材料是制約鋰離子電池容量的關(guān)鍵因素之一。目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的鋰離子電池的負(fù)極材料基本上均為碳材料，其中主要包括石墨和焦碳。石墨負(fù)極的理論電化學(xué)容量按材料重量比計(jì)算為372mAh/g，按材料的體積比計(jì)算為843mAh/g，而石油焦碳作負(fù)極時(shí)，其容量較低，一般在石墨理論容量的一半左右，但它優(yōu)點(diǎn)是它的高倍率放電性能比石墨好。
碳材料的優(yōu)點(diǎn)主要在于其充放電效率高、具有很好的循環(huán)壽命，它的缺點(diǎn)除了容量不夠高以外主要是對(duì)鋰電位較低，一般電位在0到0.2V之間，采用碳材料作負(fù)極的鋰離子電池在過(guò)充或充電速率過(guò)大時(shí)，負(fù)極表面容易析出金屬鋰，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路而引起爆炸。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，碳負(fù)極材料的容量一般只使用到200mAh/g。
實(shí)驗(yàn)室研究表明摻雜型碳材料也能在達(dá)到較高容量的同時(shí)保持較好的循環(huán)壽命，如CxSi、BC2N、BCx、CxN等。另外，最近的研究表明，錫基負(fù)極材料具有較好的可逆性與較大的容量，但其首次不可逆容量很大。錫基負(fù)極材料主要包括錫的氧化物、復(fù)合氧化物、鹽類(lèi)、金屬間化合物等。
本發(fā)明的目的是提供一種可逆充放電容量高、安全性能好的鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取下列措施鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料，它的組成為銻化物熱電合金80wt％～90wt％，石墨10wt％～20wt％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)可逆充放電容量遠(yuǎn)高于碳材料，其首次可逆容量一般在500mAh/g；2)安全性能好，負(fù)極工作電壓比金屬鋰高0.9V，可以有效地避免可能出現(xiàn)的金屬鋰在負(fù)極表面的析出現(xiàn)象；3)工作電壓穩(wěn)定，能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持輸出電壓不變；4)快充性能好，大電流充放電時(shí)的可逆容量達(dá)到小電流時(shí)的90％。
本發(fā)明與其它常用材料性能對(duì)照 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明金屬銻能夠和鋰形成Li3Sb，其理論比容量遠(yuǎn)高于碳材料，同時(shí)，銻的對(duì)鋰電位在0.9V附近，能有效地避免充放電過(guò)程中金屬鋰在負(fù)極表面的析出現(xiàn)象。但金屬銻在與鋰反應(yīng)時(shí)體積變化很大，容易使負(fù)極顆粒粉化脫落而導(dǎo)致循環(huán)性能惡化。本專(zhuān)利提出以金屬銻化物(MSb3型)熱電合金和石墨的混合物作為鋰離子電池的負(fù)極材料。在金屬銻化物熱電合金中，銻作為主要的嵌鋰活性元素，使合金具有較高的電化學(xué)容量，其它合金元素作為惰性物質(zhì)基本不參與電化學(xué)反應(yīng)，其作用是緩解充放電過(guò)程中合金顆粒的粉化失效。加入石墨可以在負(fù)極合金顆粒表面形成一層石墨微包覆層，同時(shí)在負(fù)極合金顆粒之間形成松散的支撐結(jié)構(gòu)，能在改善電化學(xué)特性的同時(shí)顯著地提高負(fù)極的循環(huán)壽命。
上述銻化物熱電合金為Zn4Sb3、CoxFe1-xSb3，其中x為0.25～1。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，它的組成為銻化物熱電合金80wt％～90wt％，石墨10wt％～20wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于所說(shuō)的銻化物熱電合金為Zn4Sb3、CoxFe1-xSb3，其中x為0.25～1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池用銻化物熱電合金/石墨復(fù)合負(fù)極材料。它的組成為:銻化物熱電合金80wt%～90wt%,石墨10wt%～20wt%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1)可逆充放電容量遠(yuǎn)高于碳材料,其首次可逆容量一般在500mAh/g;2)安全性能好,負(fù)極工作電壓比金屬鋰高0.9V,可以有效地避免可能出現(xiàn)的金屬鋰在負(fù)極表面的析出現(xiàn)象;3)工作電壓穩(wěn)定,能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持輸出電壓不變;4)快充性能好,大電流充放電時(shí)的可逆容量達(dá)到小電流時(shí)的90%。
文檔編號(hào)H01MGK1336695SQ0012205
公開(kāi)日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月1日
發(fā)明者趙新兵, 曹高劭, 呂春萍, 張麗娟, 蔣小兵 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)