CN105789589A - 一种多层结构电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种多层结构电池负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105789589A
CN105789589A CN201610208925.4A CN201610208925A CN105789589A CN 105789589 A CN105789589 A CN 105789589A CN 201610208925 A CN201610208925 A CN 201610208925A CN 105789589 A CN105789589 A CN 105789589A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
aluminium foil
graphene
thickness
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610208925.4A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Sichuang Yuanbo Electronic Technology Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Sichuang Yuanbo Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Sichuang Yuanbo Electronic Technology Co Ltd filed Critical Suzhou Sichuang Yuanbo Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN201610208925.4A priority Critical patent/CN105789589A/zh
Publication of CN105789589A publication Critical patent/CN105789589A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法将硬碳与石墨烯进行复合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。结构上选用了一种表面粗糙镀铜铝箔，该镀铜铝箔具有比表面积大的优点，较大的比表面积和凹凸结构能很好的缓冲锡在充放电过程中的体积膨胀，同时这种结构还起到很好的骨架作用，极大的缓冲充放电过程中体积膨胀收缩的应力，从而提高了铝/铜/锡/石墨多层结构负极材料的循环性能。

Description

一种多层结构电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层结构电池负极材料的制备方法。
背景技术
近年来，石墨烯由于环境友好、电化学性能稳定，作为负极材料在商业化锂离子电池中得到广泛的应用。
单一的石墨烯材料用作电极材料，受到诸多因素的限制，如石墨烯比表面过大（理论值2630m2/g），片层之间容易团聚，大大提高了不可逆容量损失（较低的首次库仑效率（<73%））并降低了其作为电极材料电导率，从而给电极制片工艺方面带来不良影响。特别是，单一的石墨烯电极材料在大倍率充放电时，容量衰减太快。
核/壳纳米结构如金属氧化物/碳、导电聚合物/碳、金属氧化物/金属氮化物等复合材料已被广泛用于研究。核/壳材料复合是指单层或多层的有机或无机材料包覆在有机或无机核颗粒的周围，这是提高该核颗粒的稳定性和表面化学性能的有效方式，而且可以达到不可能从一种材料上获得的独一无二的物理化学特性。
发明内容
本发明提供一种多层结构电池负极材料的制备方法，使用该方法制备的负极材料，具有高导电、高倍率性能以及长循环性能，且能适度降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备石墨烯复合材料
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2-0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2-10h，筛分出100目的浆料；
将浆料在进风温度200-350℃，出风温度90-180℃，转速10-50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400-1000℃，保温4-12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
将氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，加热温度为250-950oC，反应时间为0.2-20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料；
（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15-20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4-3.0μm，厚度为2-8μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80-150μm；
(3)热处理：温度为80-100℃，热处理时间为12-20小时。
优选的，所述的锡镀层的厚度为0.1-1.0μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5-15A/dm2；
pH值：3-4；
温度：45-55℃；
时间：5-20s。
优选的，所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的1-5倍。
所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。
所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
本发明的茶叶渣在高温下碳化可以转化为氮掺杂的硬碳，将硬碳与石墨烯进行复合，在一定程度上降低了石墨烯的比表面。结构上选用了一种表面粗糙镀铜铝箔，该镀铜铝箔具有比表面积大的优点，较大的比表面积和凹凸结构能很好的缓冲锡在充放电过程中的体积膨胀，同时这种结构还起到很好的骨架作用，极大的缓冲充放电过程中体积膨胀收缩的应力，从而提高了铝/铜/锡/石墨多层结构负极材料的循环性能。负极材料首次充放电效率为71%，以400mA/g放电，循环360周，容量保持率为75%，以600mA/g放电，循环480周，容量保持率为85%。该发明方法工艺简单，易控制，适合规模化生产。
具体实施方式
实施例一
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2h，筛分出100目的浆料；所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。所述溶剂为去离子水。
将浆料在进风温度200℃，出风温度90℃，转速10rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400℃，保温4h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物。
氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，所述的高温热还原是在管式炉中通入流动保护气体加热，或者直接在箱式电阻炉或马弗炉中加热。加热温度为250oC，反应时间为0.2小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料。
所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的1倍。
对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4μm，厚度为2μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80μm。
所述的锡镀层的厚度为0.1μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5A/dm2；
pH值：3-4；
温度：45℃；
时间：5s。
进行热处理，热处理温度为80℃，热处理时间为12小时。
实施例二
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨10h，筛分出100目的浆料；所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
将浆料在进风温度350℃，出风温度180℃，转速50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至1000℃，保温12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，所述的高温热还原是在管式炉中通入流动保护气体加热，或者直接在箱式电阻炉或马弗炉中加热。加热温度为950oC，反应时间为20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料。
所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的5倍
对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为3.0μm，厚度为8μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为150μm。
优选的，所述的锡镀层的厚度为1.0μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：15A/dm2；
pH值：3-4；
温度：55℃；
时间：20s。
进行热处理，温度为100℃，热处理时间为20小时。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种多层结构电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备石墨烯复合材料
将茶叶渣进行干燥，粉碎和过筛得固态物质，将质量比为1:0.2-0.5的硅粉与上述固态物质，加入溶剂球磨2-10h，筛分出100目的浆料；
将浆料在进风温度200-350℃，出风温度90-180℃，转速10-50rpm喷雾干燥；筛分出过300目的硅/碳前驱物，以5/min速率升温至400-1000℃，保温4-12h热解，再以5℃/min速率降温至300℃，随炉冷却至室温，得到硅/碳复合物；
将氧化石墨烯分散在硫酸溶液中，向所述溶液中加入上述硅/碳复合物固态物质，并持续搅拌，充分混合后干燥后，将制得的混合物研磨后置于流动的保护气体中加热进行高温热还原和碳化反应，加热温度为250-950oC，反应时间为0.2-20小时，最后在流动的保护气体中降至室温即可获得石墨烯复合材料；
（2）对铝箔进行预处理：在铝箔表面依次进行化学除油、酸蚀、一次沉锌、退锌，二次沉锌和水洗，所述的铝箔的厚度为15-20μm；
在预处理后的铝箔一侧表面电镀一层铜镀层并活化，铜镀层采用脉冲电镀方式电镀，其表面粗糙度为0.4-3.0μm，厚度为2-8μm；
活化后的铜镀层上电镀一层锡镀层；
在所述锡镀层上涂覆一层上获得的石墨烯复合材料，石墨烯复合材料层的厚度为80-150μm；
(3)热处理：温度为80-100℃，热处理时间为12-20小时。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的锡镀层的厚度为0.1-1.0μm，电镀锡镀层采用脉冲喷射电镀的镀锡配方和工艺参数如下：
脉冲喷射电镀工艺参数：电流密度：5-15A/dm2；
pH值：3-4；
温度：45-55℃；
时间：5-20s。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的茶叶渣为红茶、黑茶、乌龙茶和普洱茶叶渣中的一种；所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制得，所述的茶叶渣的添加量为氧化石墨烯质量的1-5倍。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅粉为平均粒径1.5μm的微米级硅粉。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
CN201610208925.4A 2016-04-06 2016-04-06 一种多层结构电池负极材料的制备方法 Pending CN105789589A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610208925.4A CN105789589A (zh) 2016-04-06 2016-04-06 一种多层结构电池负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610208925.4A CN105789589A (zh) 2016-04-06 2016-04-06 一种多层结构电池负极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105789589A true CN105789589A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56394837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610208925.4A Pending CN105789589A (zh) 2016-04-06 2016-04-06 一种多层结构电池负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105789589A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420323A (zh) * 2011-03-03 2012-04-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 锂二次电池的电极复合材料及其制备方法
CN103682287A (zh) * 2013-12-19 2014-03-26 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种锂离子电池硅基复合负极材料、制备方法及电池
CN104868107A (zh) * 2015-03-11 2015-08-26 中国科学院化学研究所 一种锂离子电池用球形硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN105449180A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 湘潭大学 一种铝/铜/锡/石墨多层结构锂离子电池负极材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420323A (zh) * 2011-03-03 2012-04-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 锂二次电池的电极复合材料及其制备方法
CN103682287A (zh) * 2013-12-19 2014-03-26 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种锂离子电池硅基复合负极材料、制备方法及电池
CN104868107A (zh) * 2015-03-11 2015-08-26 中国科学院化学研究所 一种锂离子电池用球形硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN105449180A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 湘潭大学 一种铝/铜/锡/石墨多层结构锂离子电池负极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103066243B (zh) 一种锂离子动力电池用煤焦粉基负极材料及其制备方法
CN108511719B (zh) 一种双壳层结构复合材料、其制备方法及包含该复合材料的锂离子电池
CN111146430B (zh) 一种锂离子电池用多孔核壳结构硅碳负极材料的及其制备方法
CN111653738B (zh) 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法
CN107623116B (zh) 一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法
CN109449428A (zh) 一种氮掺杂碳包覆混合石墨复合材料及其制备方法和在锂离子电池中的应用
WO2016201979A1 (zh) 一种硅碳复合负极材料的制备方法
CN104681782B (zh) 一种锂离子二次电池复合正极材料及其制备方法
CN109616638B (zh) 一种球形核壳结构混合石墨@硬碳复合材料及其制备方法和应用
CN108390028B (zh) 一种硅烯/碳复合负极材料及其制备方法
WO2017107807A1 (zh) 一种锂离子电池负极材料的制备方法及应用
CN104538585B (zh) 空心多孔微米级硅球、硅基负极材料及锂离子电池制备方法
WO2016192542A1 (zh) 一种改性石墨负极材料的制备方法
WO2017024897A1 (zh) 一种改性锂电池负极材料的制备方法
CN110335993A (zh) 一种锂离子电池用的球形纳米多孔硅/氧化硅/碳复合材料及其制备方法
CN104966814A (zh) 一种高安全性的金属锂负极及其制备方法
CN108172838A (zh) 一种石墨烯涂覆铜箔集流体的制备方法及应用
CN107732245A (zh) 一种用于锂电池的硬碳/石墨烯复合负极材料的制备方法
CN102887504B (zh) 一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法
CN105702935A (zh) 一种具备多孔碳复合材料的多层负极制备方法
CN109616640B (zh) 一种改性微晶石墨及其制备和在锂离子电池中的应用
CN108807903B (zh) 一种锂电池用复合修饰锂电池负极材料的制备方法
CN110828794B (zh) 一种多重改性的硅锰合金复合负极材料的制备方法
CN105789588A (zh) 一种含c3n4复合材料的多层结构电池负极材料的制备方法
CN108390044A (zh) 一种二硫化镍-碳复合材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160720