專利名稱：一種新型鋰離子電池正負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型鋰離子電池正負(fù)極顆粒合金金屬包覆技術(shù)。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，好的電池，每月在2%以下 (可恢復(fù))。沒有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20°C 60°C。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達(dá)100%，而且輸出功率大。使用壽命長。不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。鋰離子電池由三個部分組成正極、負(fù)極和電解質(zhì)。正極反應(yīng)放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。充電時LiFeP04— Lil_xFeP04+xLi+xe放電時Lil-xFeP04+xLi+xe— LiFeP04正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。迄今研究最多的正極材料是LiCo02、 LiNi02、LiMn204 及以上三種材料的衍生物，如 LiNiO. 8CoO. 202、LiNil/3Col/3Mnl/302 等。LiCo02是唯一大規(guī)模商品化的正極材料，目前90%以上的商品化鋰離子電池采用LiCo02作為正極材料。LiCo02的研究比較成熟，綜合性能優(yōu)良，但價格昂貴，容量較低， 存在一定的安全性問題。LiM02成本較低，容量較高，但制備困難，材料性能的一致性和重現(xiàn)性差，存在較為嚴(yán)重的安全問題。LiNiO. 8CoO. 202可看成LiNi02和LiCo02的固溶體，兼有LiNi02和 LiCo02的優(yōu)點，一度被人們認(rèn)為是最有可能取代LiCo02的新型正極材料，但仍存在合成條件較為苛刻(需要氧氣氣氛)、安全性較差等缺點，綜合性能有待改進(jìn)；同時由于含較多昂貴的Co，成本也較高。尖晶石LiMn204成本低，安全性好，但循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲存性能差。新型的三元復(fù)合氧化物鎳鈷錳酸鋰(LiNil/3Col/3Mnl/302)材料集中了 LiCo02、 LiNi02、LiMn204等材料的各自優(yōu)點成本與LiNiO. 8CoO. 202相當(dāng)，可逆容量大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 安全性較好，介于LiNiO. SCoO. 202和LiMn204之間，循環(huán)性能好，合成容易；但由于含較多昂貴的Co，成本也較高。對中大容量、中高功率的鋰離子電池來說，正極材料的成本、高溫性能、安全性十分重要。上述LiCo02、LiNi02、LiMn204及其衍生物正極材料尚不能滿足要求。因此，研究開發(fā)能用于中大容量、中高功率的鋰離子電池的新型正極材料成為當(dāng)前的熱點。
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負(fù)極反應(yīng)放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。充電時xLi+xe+6C— LixC6放電時LixC6— xLi+xe+6C目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料大多采用碳材料，研究表明這類材料的儲鋰容量較低，實際比容量已非常接近理論比容量，如石墨的理論儲鋰量為372mAh/g，進(jìn)一步提高其比容量的空間非常有限，而且碳材料在嵌鋰時，由于其電極電位與金屬鋰相近，當(dāng)電池過充電的時候，碳電極表面容易析出金屬鋰，形成枝晶，從而引起短路，嚴(yán)重影響鋰離子電池的安全性能因此，必須尋找新的非碳材料作為代替品，以提高鋰離子電池的比容量和循環(huán)性能。大部分的金屬如Si、Sn、Sb、Al、In、Si、Pb、Bi、Ag、Pt、Au、Cd、As、Ga、Ge 等均可以
與鋰形成合金，這些元素表現(xiàn)出與鋰不同的反應(yīng)電位。合金作為鋰離子電池負(fù)極材料，其加工性能、容量密度均比現(xiàn)有的石墨電池材料要好，同時具有快速充放電能力，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，可望成為鋰離子二次電池的最佳候選材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是充分利用大部分金屬可以與鋰形成合金的特性，提供一種對鋰離子電池正負(fù)極顆粒進(jìn)行合金金屬包覆技術(shù)方案，以提高鋰離子電池的比容量和循環(huán)性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆技術(shù)，其工藝步驟為將粒度為500nm-50um的鋁鹽粉末和粒度為500nm-50um 的硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與粒度為500nm-50um的正極材料顆?；旌?，各混合物重量份數(shù)比為 1 0. 2-1 0. 2-1 0. 2-1 0. 1-0. 5，在惰性氣體環(huán)境下混合0.5-10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫100-1000°C，到達(dá)溫度時保持0. 5-10小時，即可在粒度 500nm-50um正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。在上述新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的鋁鹽為硫酸鋁、醋酸鋁和硝酸鋁中的至少一種。在上述新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的正極材料為磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰及鈷酸鋰的改性物、鎳酸鋰及鎳酸鋰的改性物、錳酸鋰及鎳酸鋰的改性物、鎳鈷錳酸鋰三元材料、錳結(jié)核、納米二氧化錳中的一種，粒度為500nm-50um。在上述新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的其他溶劑為乙醇、 丙酮、乙酸乙酯、苯、二硫化碳、四氯化碳中的至少一種。在上述新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600 V高溫炭化處理制得，粒度在3 50 μ m之間。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其工藝步驟為將粒度為500nm-50um的銅鹽粉末和粒度為500nm-50um 的硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與粒度為500nm-50um的負(fù)極材料顆?；旌?，各混合物重量份數(shù)比為 1 0. 2-1 0. 2-1 0. 2-1 0. 1-0. 5，在惰性氣體環(huán)境下混合0.5-10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫100-1500°C，到達(dá)溫度時保持0. 5-10小時，即可在粒度500nm-50um正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。在上述新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的銅鹽為硫酸銅、醋酸銅和硝酸銅中的至少一種。在上述新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的負(fù)極材料為人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纖維、石油焦、中間相碳微球、樹脂碳、有機(jī)聚合物熱解碳、炭黑、氮化物、錫基負(fù)極材料、納米碳管、石墨烯、富勒烯中的一種，粒度為500nm-50um。在上述新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的其他溶劑為乙醇、 丙酮、乙酸乙酯、苯、二硫化碳、四氯化碳中的至少一種。在上述新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法中，所述的糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600 V高溫炭化處理制得，粒度在3 50 μ m之間。本發(fā)明工藝操作簡單，制得的鋰離子電池正負(fù)極材料離子傳導(dǎo)率和電子傳導(dǎo)率高，正極IOC首次比容量彡162mAh/g，振實密度彡1. 5g/cm3，負(fù)極IOC首次比容量彡350mAh/ g，振實密度彡1. 5g/cm3。
具體實施例方式實施例一首先，制備糖類碳源備用。該糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600°C高溫炭化處理制得，其粒度在3 50 μ m之間。將100公斤粒度為500nm-50um的硫酸鋁粉末和50公斤粒度為500nm_50um的硝酸銀粉末混合，加100公斤水，然后加入50公斤糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與50公斤粒度為500nm-50um的鈦酸鋰顆粒混合，在惰性氣體環(huán)境下混合10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫到1000°C，到達(dá)溫度時保持10小時，即可在粒度500nm-50um 正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。正極IOC首次比容量為165mAh/g，振實密度1. Mg/cm3。實施例二 首先，制備糖類碳源備用。該糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600°C高溫炭化處理制得，其粒度在3 50 μ m之間。將100公斤粒度為500nm-50um的硫酸銅粉末和20公斤粒度為500nm_50um的硝酸銀粉末混合，加50公斤乙醇，然后加入100公斤糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與50公斤粒度為500nm-50Um的改性石墨顆?；旌希诙栊詺怏w環(huán)境下混合10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫到1500°C，到達(dá)溫度時保持10小時，即可在粒度 500nm-50um負(fù)極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。負(fù)極IOC首次比容量為355mAh/g，振實密度為1. 52g/cm3。實施例三首先，制備糖類碳源備用。該糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600°C高溫炭化處理制得，其粒度在3 50 μ m之間。將100公斤粒度為500nm-50um的硝酸鋁粉末和20公斤粒度為500nm_50um的硝酸銀粉末混合，加60公斤丙酮，然后加入60公斤糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與50公斤粒度為500nm-50um的鈷酸鋰顆?；旌?，在惰性氣體環(huán)境下混合10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫到100(TC，到達(dá)溫度時保持10小時，即可在粒度 500nm-50um正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。正極IOC首次比容量為163mAh/g，振實密度1. 52g/cm3。實施例四首先，制備糖類碳源備用。該糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600°C高溫炭化處理制得，其粒度在3 50 μ m之間。將100公斤粒度為500nm-50um的醋酸銅粉末和20公斤粒度為500nm_50um的硝酸銀粉末混合，加100公斤乙醇，然后加入100公斤糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與50公斤粒度為500nm-50um的人工石墨顆?；旌希诙栊詺怏w環(huán)境下混合10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫到1500°C，到達(dá)溫度時保持10小時，即可在粒度 500nm-50um負(fù)極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。負(fù)極IOC首次比容量為357mAh/g，振實密度為1. Mg/cm3。
權(quán)利要求
1.一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法，其工藝步驟為將粒度為 500nm-50um的鋁鹽粉末和粒度為500nm-50um的硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與粒度為500nm-50Um的正極材料顆?；旌希骰旌衔镏亓糠輸?shù)比為1 0.2-1 0.2-1 0.2-1 0. 1-0. 5，在惰性氣體環(huán)境下混合0. 5-10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫100-1000°C，到達(dá)溫度時保持0. 5-10 小時，即可在粒度500nm-50um正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的鋁鹽為硫酸鋁、醋酸鋁和硝酸鋁的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的正極材料為磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰及鈷酸鋰的改性物、鎳酸鋰及鎳酸鋰的改性物、錳酸鋰及鎳酸鋰的改性物、鎳鈷錳酸鋰三元材料、錳結(jié)核、納米二氧化錳中的一種，粒度為 500nm_50umo
4.一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其工藝步驟為將粒度為 500nm-50um的銅鹽粉末和粒度為500nm-50um的硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與粒度為500nm-50Um的負(fù)極材料顆粒混合，各混合物重量份數(shù)比為1 0.2-1 0.2-1 0.2-1 0. 1-0. 5，在惰性氣體環(huán)境下混合0. 5-10小時，然后將混合物在惰性氣體保護(hù)下加溫100-1500°C，到達(dá)溫度時保持0. 5-10 小時，即可在粒度500nm-50um正極材料顆粒表面均勻包覆Inm-IOOnm之合金金屬。
5.如權(quán)利要求4所述的一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的銅鹽為硫酸銅、醋酸銅和硝酸銅中的至少一種。
6.如權(quán)利要求4所述的一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的負(fù)極材料為人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纖維、石油焦、中間相碳微球、樹脂碳、有機(jī)聚合物熱解碳、炭黑、氮化物、錫基負(fù)極材料、納米碳管、石墨烯、富勒烯中的一種，粒度為500nm-50um。
7.如權(quán)利要求1或4所述的一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法和一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的其他溶劑為乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、二硫化碳、四氯化碳中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1或4所述的一種新型鋰離子電池正極顆粒合金金屬包覆方法和一種新型鋰離子電池負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法，其特征在于所述的糖類碳源為采用糖類在高溫爐中經(jīng)過600 V高溫炭化處理制得，粒度在3 50 μ m之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型鋰離子電池正負(fù)極顆粒合金金屬包覆方法。正極顆粒包覆工藝為將鋁鹽粉末和硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與正極材料顆?；旌?，各混合物重量份數(shù)比為1∶0.2-1∶0.2-1∶0.2-1∶0.1-0.5，混合0.5-10小時、加溫至100-1000℃，保持0.5-10小時，即在正極材料顆粒表面均勻包覆合金金屬。負(fù)極顆粒包覆工藝為將銅鹽粉末和硝酸銀粉末混合，加水或其他溶劑，然后加入糖類碳源，在惰性氣體環(huán)境下用納米噴霧方式與負(fù)極材料顆?；旌?，各混合物重量份數(shù)比為1∶0.2-1∶0.2-1∶0.2-1∶0.1-0.5，混合0.5-10小時、加溫至100-1500℃，保持0.5-10小時，即在負(fù)極材料顆粒表面均勻包覆合金金屬。本發(fā)明工藝簡單，制得正負(fù)極材料離子傳導(dǎo)率和電子傳導(dǎo)率高，正極10C首次比容量≥162mAh/g，振實密度≥1.5g/cm3，負(fù)極10C首次比容量≥350mAh/g，振實密度≥1.5g/cm3。
文檔編號H01M4/139GK102255074SQ20111009605
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者耿世達(dá) 申請人:耿世達(dá)