一種新型電池負(fù)極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學(xué)材料領(lǐng)域，公開了一種新型電池負(fù)極材料，該負(fù)極材料的制備方法包括如下，步驟1）球磨，步驟2）制備改性石墨粉，步驟3）制備改性硅藻土，步驟4）配制聚偏氟乙烯溶液，步驟5）混料攪拌以及步驟6）涂布燒結(jié)。本發(fā)明電池負(fù)極材料的制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉，克服了現(xiàn)有技術(shù)中硅基復(fù)合材料的缺陷，具備充放電效率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種新型電池負(fù)極材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)材料領(lǐng)域，公開了一種新型電池負(fù)極材料及其制備方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]負(fù)極指電源中電位(電勢(shì))較低的一端。在原電池中，是指起氧化作用的電極，電池反應(yīng)中寫在左邊。從物理角度來(lái)看，是電路中電子流出的一極。而負(fù)極材料，則是指電池中構(gòu)成負(fù)極的原料，目前常見的負(fù)極材料有碳負(fù)極材料、錫基負(fù)極材料、含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料、合金類負(fù)極材料和納米級(jí)負(fù)極材料。
[0004]鋰電池目前最重要的電池之一，其是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng):[1+1=02=111:102,利用氧化還原反應(yīng)進(jìn)行放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。鋰離子電池的負(fù)極是由負(fù)極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。鋰離子電池能否成功地制成，關(guān)鍵在于能否制備出可逆地脫/嵌鋰離子的負(fù)極材料。一般來(lái)說，選擇一種好的負(fù)極材料應(yīng)遵循以下原則:比能量高；相對(duì)鋰電極的電極電位低；充放電反應(yīng)可逆性好；與電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小((1002/8),真密度高
02.0^/01113)；嵌鋰過程中尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性好；資源豐富，價(jià)格低廉；在空氣中穩(wěn)定、無(wú)毒副作用。目前，已實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料一般都是碳素材料，如石墨、軟碳(如焦炭等)、硬碳等。
[0005]目前，正在探索的負(fù)極材料有氮化物、？八3、錫基氧化物、錫合金、納米負(fù)極材料，以及其他的一些金屬間化合物等。但是大多數(shù)新復(fù)合材料均處于摸索試驗(yàn)階段，其中，硅基材料作為另外一種重要的非碳類負(fù)極材料也為各國(guó)學(xué)者所重視，這類材料理論比容量極高，但循環(huán)性能較差；錫基氧化物以及各種錫基合金材料得到廣泛的研究，錫基材料理論比容量較碳材料高，但循環(huán)過程中往往由于較大的體積變化引起材料失效。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種一種電池負(fù)極材料及其制備方法，該電池負(fù)極材料的制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉，克服了現(xiàn)有技術(shù)中硅基復(fù)合材料的缺陷，具備充放電效率高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種電池負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟:
步驟1)球磨，步驟2)制備改性石墨粉，步驟3)制備改性硅藻土，步驟4)配制聚偏氟乙烯溶液，步驟5)混料攪拌以及步驟6)涂布燒結(jié)。
[0009]優(yōu)選地，上述制備方法具體包括: 球磨:將球磨罐排空氣體，并充入惰性氣體，將石英砂、錳粉和鎳粉按照5:2:1的重量比依次投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為500目，停止球磨，得到物料八；
制備改性石墨粉:將球磨罐排空氣體，并充入氬氣，將石墨投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為1000目，停止球磨，得到石墨粉；將所得石墨粉置于反應(yīng)器中，添加與石墨粉相同重量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的甲醛溶液，攪拌均勻，靜置6小時(shí)，然后烘干得到改性石墨粉；制備改性娃藻土:先用5% 01/^0鹽酸浸泡娃藻土 10111111，以沒過娃藻土為準(zhǔn),500轉(zhuǎn)離心3分鐘，收集沉淀，烘干后，研磨成粒徑為500目的粉末，即得改性硅藻土 ；
配制聚偏氟乙烯溶液:二甲基乙酰胺為溶劑，將聚偏氟乙烯配置成固含量為18%的聚偏氟乙烯溶液；
混料攪拌:將物料八、改性石墨粉、改性硅藻土以及聚偏氟乙烯溶液按照10-15:3-4:1-2:4-5的重量比混合，300轉(zhuǎn)加化攪拌5分鐘，得到物料8，
涂布燒結(jié):將物料8涂布到涂布于圓銅片上，在50-551下放置10-12小時(shí)，然后置于101的水中進(jìn)行冷卻，取出，1001下烘干后進(jìn)行裁剪，最后在氬氣保護(hù)氣氛下650-700 V燒結(jié)2-2.5小時(shí)，即得。
[0010]本發(fā)明還公開了上述制備電極負(fù)極材料的制備方法。
[0011]本發(fā)明取得的有益效果主要包括:本發(fā)明對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了合理配伍，對(duì)部分原料進(jìn)行了改性，改變了原材料的微觀結(jié)構(gòu)；本發(fā)明制備的電池負(fù)極材料的制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉，克服了現(xiàn)有技術(shù)中硅基復(fù)合材料的缺陷，具備充放電效率高、循環(huán)性能好以及安全性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]

【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014]實(shí)施例1
一種鋰電池負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟:
球磨:將球磨罐排空氣體，并充入氬氣，將石英砂、錳粉和鎳粉按照5:2:1的重量比依次投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為500目，停止球磨，得到物料八；
制備改性石墨粉:將球磨罐排空氣體，并充入氬氣，將石墨投入到球磨罐中，球磨制粉末的粒徑為1000目，停止球磨，得到石墨粉；將所得石墨粉置于反應(yīng)器中，添加與石墨粉相同重量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的甲醛溶液，攪拌均勻，靜置6小時(shí)，然后烘干得到改性石墨粉；制備改性娃藻土:先用5% 01/^0鹽酸浸泡娃藻土 10111111，以沒過娃藻土為準(zhǔn),500轉(zhuǎn)離心3分鐘，收集沉淀，烘干后，研磨成粒徑為500目的粉末，即得改性硅藻土 ；
配制聚偏氟乙烯溶液:二甲基乙酰胺為溶劑，以聚偏氟乙烯為溶質(zhì)，將聚偏氟乙烯配置成溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的聚偏氟乙烯溶液；
混料攪拌:將物料八、改性石墨粉、改性硅藻土以及聚偏氟乙烯溶液按照10:3:1:4的重量比混合，300轉(zhuǎn)加111攪拌5分鐘，得到物料8， 涂布燒結(jié):將物料8涂布到涂布于圓銅片上，在501下放置10小時(shí)，然后置于101的水中進(jìn)行冷卻，取出，1001下烘干后進(jìn)行裁剪，最后在氬氣保護(hù)氣氛下6501燒結(jié)2.5小時(shí)，即得。
[0015]采用新威電池測(cè)試系統(tǒng)對(duì)材料進(jìn)行恒流充放電循環(huán)性能測(cè)試，充放電電流密度為0.111^/01112.電壓范圍為0.2-1.11+/11)；經(jīng)檢測(cè)，首次可逆容量為867 —11/8，充放電效率可達(dá)78% ；第10次可逆容量可保持631—11/8，充放電效率為67%，第40次可逆容量可保持349-1^/8,充放電效率為51%。
[0016]實(shí)施例2
一種鋰電池負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟:
球磨:將球磨罐排空氣體，并充入惰性氣體，將石英砂、錳粉和鎳粉按照5:2:1的重量比依次投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為500目，停止球磨，得到物料八；
制備改性石墨粉:將球磨罐排空氣體，并充入惰性氣體，將石墨投入到球磨罐中，球磨制粉末的粒徑為1000目，停止球磨，得到石墨粉；將所得石墨粉置于反應(yīng)器中，添加與石墨粉相同重量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的甲醛溶液，攪拌均勻，靜置6小時(shí)，然后烘干得到改性石墨粉；
制備改性娃藻土:先用5%鹽酸浸泡娃藻土 10111111，以沒過娃藻土為準(zhǔn),500轉(zhuǎn)離心3分鐘，收集沉淀，烘干后，研磨成粒徑為500目的粉末，即得改性硅藻土 ；
配制聚偏氟乙烯溶液:二甲基乙酰胺為溶劑，將聚偏氟乙烯配置成固含量為18%的聚偏氟乙烯溶液；
混料攪拌:將物料八、改性石墨粉、改性硅藻土以及聚偏氟乙烯溶液按照15:4:2:5的重量比混合，300轉(zhuǎn)加111攪拌5分鐘，得到物料8，
涂布燒結(jié):將物料8涂布到涂布于圓銅片上，在551下放置12小時(shí)，然后置于101的水中進(jìn)行冷卻，取出，1001下烘干后進(jìn)行裁剪，最后在氬氣保護(hù)氣氛下700 I燒結(jié)2小時(shí)，即得。
[0017]采用新威電池測(cè)試系統(tǒng)對(duì)材料進(jìn)行恒流充放電循環(huán)性能測(cè)試，充放電電流密度為0.111^/01112.電壓范圍為0.2-1.11+/11)；經(jīng)檢測(cè)，首次可逆容量為846 —11/8，充放電效率可達(dá)79% ；第10次可逆容量可保持647—11/8，充放電效率為68%，第40次可逆容量可保持353-1^/8,充放電效率為52%。
[0018]以上結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精神和原理對(duì)本發(fā)明做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型電池負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟: 步驟I)球磨，步驟2)制備改性石墨粉，步驟3)制備改性硅藻土，步驟4)配制聚偏氟乙烯溶液，步驟5)混料攪拌以及步驟6)涂布燒結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)極材料，其特征在于，所述負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟: 球磨:將球磨罐排空氣體，并充入惰性氣體，將石英砂、錳粉和鎳粉按照5:2:1的重量比依次投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為500目，停止球磨，得到物料A ; 制備改性石墨粉:將球磨罐排空氣體，并充入惰性氣體，將石墨投入到球磨罐中，球磨至粉末的粒徑為1000目，停止球磨，得到石墨粉；將所得石墨粉置于反應(yīng)器中，添加與石墨粉相同重量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的甲醛溶液，攪拌均勻，靜置6小時(shí)，然后烘干得到改性石墨粉； 制備改性娃藻土:先用5%鹽酸浸泡娃藻土 1min,以沒過娃藻土為準(zhǔn),500轉(zhuǎn)離心3分鐘，收集沉淀，烘干后，研磨成粒徑為500目的粉末，即得改性硅藻土 ； 配制聚偏氟乙烯溶液:二甲基乙酰胺為溶劑，將聚偏氟乙烯配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的聚偏氟乙烯溶液； 混料攪拌:將物料A、改性石墨粉、改性硅藻土以及聚偏氟乙烯溶液按照10-15:3-4:1-2:4-5的重量比混合，300轉(zhuǎn)/min攪拌5分鐘，得到物料B， 涂布燒結(jié):將物料B涂布到涂布于圓銅片上，在50-55°C下放置10-12小時(shí)，然后置于10°C的水中進(jìn)行冷卻，取出，100°C下烘干后進(jìn)行裁剪，最后在氬氣保護(hù)氣氛下650-700°C燒結(jié)2-2.5小時(shí)，即得。
【文檔編號(hào)】H01M4/1393GK104300114SQ201410590945
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王彬彬, 劉幸幸, 王東陽(yáng), 劉學(xué)昊, 孫瀚之, 劉靖然, 夏曉聰 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司, 莒南縣供電公司