專利名稱：一種鋰離子電池負(fù)極材料錫基復(fù)合金屬氧化物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，特別涉及一種鋰離子電池錫基復(fù)合 金屬氧化物的制備方法。
背景技術(shù)：
由于鋰離子電池具有平均輸出電壓高、比能量大、放電電壓平穩(wěn)、安全性高以及 工作壽命長等優(yōu)越性能，目前廣泛應(yīng)用于便攜式通訊設(shè)備、航空航天、空間軍事、儲 能設(shè)施等領(lǐng)域。目前，便攜式電子設(shè)備、電動汽車、混合電動汽車以及空間技術(shù)的 迅猛發(fā)展，對二次電池在比容量、循環(huán)壽命、安全性等方面提出了更高的要求。改進(jìn) 和提高電池的電化學(xué)性能可從電極材料、電解質(zhì)等多方面入手。目前商業(yè)化鋰離子電 池的負(fù)極材料是碳素材料，由于插鋰后碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，而且， 大多數(shù)的電解液在此電位下不穩(wěn)定，并且電解質(zhì)易在電極表面分解。當(dāng)電池過充時(shí)， 碳電極表面易析出非常活潑的金屬鋰，它與電解液反應(yīng)產(chǎn)生可燃?xì)怏w混合物。在極限 情況下，過量的鋰化碳陽極會著火而產(chǎn)生爆炸，因而給電池、特別是動力電池造成很 大的安全隱患。同時(shí)，石墨電極還存在電解液的共插入問題，這也影響電極的循環(huán)穩(wěn) 定性。所以，尋找在比碳負(fù)極電位稍正的電位下嵌入鋰、廉價(jià)易得、安全可靠的新型 負(fù)極材料便是必要和迫切的。其中低電位過渡金屬氧化物及復(fù)合氧化物就是一類非常 有前景的鋰離子電池負(fù)極材料。

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負(fù)極材料錫基復(fù)合金屬氧化物 的制備方法，工藝簡單，所得到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率。
本發(fā)明一種鋰離子電池負(fù)極材料錫基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于包 括如下步驟(1) 將摩爾比為2: 1: l的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶于一定質(zhì)量的去離 子水中，然后往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌后形成透明溶液；
(2) 然后在100-15(TC下將溶液烘干；
(3) 烘干后的固體于250-500 'C下低溫焙燒，焙燒時(shí)間為4-6小時(shí)。；
(4) 待冷卻后，對低溫焙燒的產(chǎn)物進(jìn)行球磨；
(5) 球磨后的細(xì)粉于600-100(TC的高溫下焙燒，得到產(chǎn)品。
其中優(yōu)選的技術(shù)方案為
所述助燃劑為尿素、異丙醇中的一種，助燃劑的加入量為金屬鹽總質(zhì)量的30-50%。
步驟(1)中加入去離子水的質(zhì)量為金屬鹽總質(zhì)量的3-5倍。
步驟(4)低溫焙燒后的產(chǎn)物的球磨時(shí)間為2小時(shí)，球料比為10:1。
步驟(5)球磨后的細(xì)粉高溫焙燒，溫度為600-1000。C，焙燒時(shí)間為2-5小時(shí)，升
溫和降溫的速率為1-10 °C/min。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備設(shè)備和工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。所得
到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率，且充放電時(shí)不形成SEI膜，不存在有
機(jī)電解質(zhì)溶劑的共插入現(xiàn)象，提高的電極材料的穩(wěn)定性和安全性。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
分別取質(zhì)量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶于兩升 的去離子水中，然后往溶液中加入200克的異丙醇，攪拌后形成透明溶液。然后在120 。C將溶液蒸干，蒸干后的固體在30(TC焙燒5小時(shí)。待樣品冷卻后，球磨2小時(shí)，球 料比為10:1。球磨后的細(xì)粉在馬弗爐中，以lQC/min升到800。C焙燒3小時(shí)，然后再 以l 。C/miii冷卻到室溫，得到產(chǎn)品。以下可按常規(guī)進(jìn)行，以制得的產(chǎn)物為負(fù)極材料， 乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚偏氟乙烯(PVDF )為粘接劑。電池負(fù)極的配比(重量比)為 活性物質(zhì)(上述球磨后的負(fù)極材料)乙炔黑粘接劑=85:5:10 。加入一定量的N 一甲基毗咯垸酮(NMP)調(diào)勻成糊狀，均勻涂在10微米厚的銅箔上，碾壓烘干得到工 作電極。以純鋰片為輔助電極，電解液為含鋰離子的有機(jī)電解液，隔膜為微孔聚乙烯 薄膜，裝配成扣式電池。在0.01V-3.0V的電壓范圍內(nèi)，以0.05C的速度在電池測試 儀上進(jìn)行充放電測試。首次可逆容量為571 mAh/g，首次充放電效率為84%，經(jīng)過30次循環(huán)，可逆容量為437mAh/g，庫侖效率為97%。 實(shí)施例2:
分別取質(zhì)量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(NCb)2和Sn(N03)2溶于兩升 的去離子水中，然后往溶液中加入200克的尿素，攪拌后形成透明溶液。然后在120 °C 將溶液蒸干，蒸干后的固體在40(TC焙燒5小時(shí)。待樣品冷卻后，球磨2小時(shí)，球料 比為10:1。球磨后的細(xì)粉在馬弗爐中，以l。C/miii升到800。C焙燒3小時(shí)，然后再以 1 T/min冷卻到室溫，得到產(chǎn)品。以下按實(shí)施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次 可逆容量為723 mAh/g，首次充放電效率為85%，經(jīng)過30次循環(huán)，可逆容量為530 mAh/g，庫侖效率為97%。
實(shí)施例3:
分別取質(zhì)量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶于兩升 的去離子水中，然后往溶液中加入200克的尿素，攪拌后形成透明溶液。然后在120 °C 將溶液蒸干，蒸干后的固體在30(TC焙燒5小時(shí)。待樣品冷卻后，球磨2小時(shí)，球料 比為10:1。球磨后的細(xì)粉在馬弗爐中，以l。C/min升到1000 。C焙燒3小時(shí)，然后再 以1 °C/miii冷卻到室溫，得到產(chǎn)品。以下按實(shí)施例l所述的常規(guī)方法制備并測試。首 次可逆容量為674 mAh/g，首次充放電效率為83%，經(jīng)過30次循環(huán)，可逆容量為489 mAh/g，庫侖效率為98%。
實(shí)施例4:
分別取質(zhì)量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶于兩升 的去離子水中，然后往溶液中加入200克的尿素，攪拌后形成透明溶液。然后在120 °C 將溶液蒸干，蒸干后的固體在300 。C焙燒5小時(shí)。待樣品冷卻后，球磨2小時(shí)，球料 比為10:1。球磨后的細(xì)粉在馬弗爐中，以l(TC/min升到800 CC焙燒3小時(shí)，然后再 以l(TC/min冷卻到室溫，得到產(chǎn)品。以下按實(shí)施例l所述的常規(guī)方法制備并測試。首 次可逆容量為754 mAh/g，首次充放電效率為85%，經(jīng)過30次循環(huán)，可逆容量為562 mAh/g，庫侖效率為98%。
實(shí)施例5:
分別取質(zhì)量為138克、148克和243克的LiN03， Mg(N03)2和Sn(N03)2溶于兩升 的去離子水中，然后往溶液中加入200克的尿素，攪拌后形成透明溶液。然后在120 °C將溶液蒸干，蒸干后的固體在30(TC焙燒5小時(shí)。待樣品冷卻后，球磨2小時(shí)，球料 比為10:1。球磨后的細(xì)粉在馬弗爐中，以l。C/min升到800。C焙燒3小時(shí)，然后再以 1 °C/mhi冷卻到室溫，得到產(chǎn)品。以下按實(shí)施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次 可逆容量為785 mAh/g，首次充放電效率為85%，經(jīng)過30次循環(huán)，可逆容量為583 mAh/g，庫侖效率為98%。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子電池負(fù)極材料錫基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將摩爾比為2∶1∶1的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶于一定質(zhì)量的去離子水中，然后往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌后形成透明溶液；(2)然后在100-150℃下將溶液烘干；(3)烘干后的固體于250-500℃下低溫焙燒，焙燒時(shí)間為4-6小時(shí)。；(4)待冷卻后，對低溫焙燒的產(chǎn)物進(jìn)行球磨；(5)球磨后的細(xì)粉于600-1000℃的高溫下焙燒，得到產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述助燃劑為尿素、異丙醇中的 一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中加入去離子水的質(zhì) 量為金屬鹽總質(zhì)量的3-5倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述助燃劑的 加入量為金屬鹽總質(zhì)量的30-50% 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于低溫焙燒后的產(chǎn)物的球磨時(shí)間為 2小時(shí)，球料比為10:1。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于球磨后的細(xì)粉高溫焙燒，溫度為 600-1000°C,焙燒時(shí)間為2-5小時(shí)，升溫和降溫的速率為l-l(TC/mii1。
全文摘要
一種鋰離子電池負(fù)極材料錫基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，包括如下步驟(1)將摩爾比為2∶1∶1的鋰、鎂、錫的三種金屬的硝酸鹽溶于去離子水中，然后往溶液中加入一定量的助燃劑，攪拌后形成透明溶液；(2)然后在100-150℃下將溶液烘干；(3)烘干后的固體于250-500℃下低溫焙燒，焙燒時(shí)間為4-6小時(shí)；(4)待冷卻后，對低溫焙燒的產(chǎn)物進(jìn)行球磨；(5)球磨后的細(xì)粉于600-1000℃的高溫下焙燒，得到產(chǎn)品。本發(fā)明工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。所得到的電極材料具有大的可逆容量和高庫侖效率，且充放電時(shí)不形成SEI膜，不存在有機(jī)電解質(zhì)溶劑的共插入現(xiàn)象，提高了電極材料的穩(wěn)定性和安全性。
文檔編號H01M4/04GK101442115SQ20081015929
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者司維江, 禚淑萍, 勛 袁, 偉 邢, 高秀麗 申請人:山東理工大學(xué)