CN106784771A - 一种锌锑合金复合负极材料的制备方法及*** - Google Patents

一种锌锑合金复合负极材料的制备方法及*** Download PDF

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修志浩
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Abstract

本发明公开了一种锌锑合金复合负极材料的制备方法及***，该***包括碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，碳材料制备装置包括依次连接的搅拌釜、碳化炉和石墨化炉，复合材料制备装置包括依次连接的混料机、高能球磨机和放电等离子烧结机，其中，石墨化炉与混料机连接。本发明将锌锑合金与特殊处理后的碳材料复合在一起，制备得到的复合负极材料具有极佳的循环稳定性，电学性能佳。本发明的制备***包括依次连接的碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，连续生产，大大提高了生产效率。

Description

一种锌锑合金复合负极材料的制备方法及***
技术领域
本发明涉及一种合金材料，具体涉及一种锌锑合金复合负极材料的制备方法及***。属于有色金属材料加工技术领域。
背景技术
能源是人类社会发展的重要物质基础，但是，随着煤炭、石油和天然气等矿物能源的存量锐减，人类社会面临的资源枯竭压力越来越大，因此，如何提高能源使用率和开发利用可再生能源已经成为各国政府和科研人员的共同目标。
电池是一种化学能和电能的存储和转化装置。其中，锂离子电池因其具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、工作温度范围宽、快速充电、自放电率低和安全可靠等优点，已经成为现代通讯和便携式电子产品等的理想化学电源。
目前商业化的锂离子电池普遍采用石墨材料作为负极，它的理论比容量仅为372mAh/g，且在快速充放电过程中存在石墨层剥落现象，导致明显的容量衰减。而且，在快速充放电过程中容易产生锂枝晶现象，这些因素都严重制约了在动力锂离子电池中的应用。因此，采用其他材料代替石墨负极是目前锂离子电池的研究重点和难点所在。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种锌锑合金复合负极材料的制备方法。
本发明还提供了上述制备方法对应的一种锌锑合金复合负极材料的制备***。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.5～0.8加入搅拌釜中，以20～25℃/min的速率升温至450～550℃，搅拌4～5小时；转移至碳化炉中，氮气保护下，1600～1700℃保温2～3小时，转移至石墨化炉中，升温至2500～2600℃保温12～15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：2～3：3～4于混料机中混合均匀，转移至高能球磨机，研磨10～20小时，转移至放电等离子烧结机，在30～1000MPa和200～600℃条件下烧结5～8分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
优选的，步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为10～15μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
优选的，步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
优选的，步骤(2)中研磨时充入氮气保护。
上述制备方法对应的一种锌锑合金复合负极材料的制备***，包括碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，所述碳材料制备装置包括依次连接的搅拌釜、碳化炉和石墨化炉，所述复合材料制备装置包括依次连接的混料机、高能球磨机和放电等离子烧结机，其中，石墨化炉与混料机连接。
优选的，所述混料机与高能球磨机之间还设有碱洗池。
进一步优选，所述碱洗池的上方设有若干个喷淋头，喷淋头与氢氧化钠溶液储罐连接。
本发明的有益效果：
本发明将锌锑合金与特殊处理后的碳材料复合在一起，制备得到的复合负极材料具有极佳的循环稳定性，电学性能佳。本发明的制备***包括依次连接的碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，连续生产，大大提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的制备***结构示意图；
其中，1为碳材料制备装置，2为复合材料制备装置，11为搅拌釜，12为碳化炉，13为石墨化炉，21为混料机，22为碱洗池，23为高能球磨机，24为放电等离子烧结机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.5加入搅拌釜11中，以20℃/min的速率升温至450℃，搅拌4小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1600℃保温2小时，转移至石墨化炉13中，升温至2500℃保温12小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：2：3于混料机21中混合均匀，转移至高能球磨机23，研磨10小时(充入氮气保护)，转移至放电等离子烧结机24，在30MPa和200℃条件下烧结5分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为10μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
如图1所示，一种锌锑合金复合负极材料的制备***，包括碳材料制备装置1和复合材料制备装置2两部分，碳材料制备装置1包括依次连接的搅拌釜11、碳化炉12和石墨化炉13，复合材料制备装置2包括依次连接的混料机21、高能球磨机23和放电等离子烧结机24，其中，石墨化炉13与混料机21连接。
混料机21与高能球磨机23之间还设有碱洗池22。碱洗池22的上方设有若干个喷淋头，喷淋头与氢氧化钠溶液储罐连接。
实施例2：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.8加入搅拌釜11中，以25℃/min的速率升温至550℃，搅拌5小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1700℃保温3小时，转移至石墨化炉13中，升温至2600℃保温15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：3：4于混料机21中混合均匀，转移至高能球磨机23，研磨20小时(充入氮气保护)，转移至放电等离子烧结机24，在1000MPa和600℃条件下烧结8分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为15μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
一种锌锑合金复合负极材料的制备***，同实施例1。
实施例3：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.5加入搅拌釜11中，以25℃/min的速率升温至450℃，搅拌5小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1600℃保温3小时，转移至石墨化炉13中，升温至2500℃保温15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：2：4于混料机21中混合均匀，转移至高能球磨机23，研磨10小时(充入氮气保护)，转移至放电等离子烧结机24，在1000MPa和200℃条件下烧结8分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为10μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
一种锌锑合金复合负极材料的制备***，同实施例1。
实施例4：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.8加入搅拌釜11中，以20℃/min的速率升温至550℃，搅拌4小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1700℃保温2小时，转移至石墨化炉13中，升温至2600℃保温12小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：3：3于混料机21中混合均匀，转移至高能球磨机23，研磨20小时(充入氮气保护)，转移至放电等离子烧结机24，在30MPa和600℃条件下烧结5分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为15μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
一种锌锑合金复合负极材料的制备***，同实施例1。
实施例5：
一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.7加入搅拌釜11中，以22℃/min的速率升温至500℃，搅拌4.5小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1650℃保温2.5小时，转移至石墨化炉13中，升温至2550℃保温13小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：2.5：3.5于混料机21中混合均匀，转移至高能球磨机23，研磨15小时(充入氮气保护)，转移至放电等离子烧结机24，在500MPa和400℃条件下烧结7分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为12μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
一种锌锑合金复合负极材料的制备***，同实施例1。
试验例
将实施例1～5所得的复合负极材料均匀涂覆于铜箔上制成电极，采用金属钠片为正极，电解液为1mol/L的NaClO4/EC-DMC(体积比为1：1)，聚丙烯微孔薄膜(Celgard 2300)为隔膜，组装成钠离子半电池，测试循环稳定性，即在0.1C倍率下，0.01～1.8V电压范围内的长时间循环50次循环后比容量，结果见表1。
表1.循环稳定性测试结果
由表1可得出结论，本发明的复合负极材料具有极佳的循环稳定性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种锌锑合金复合负极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将石墨粉和环氧树脂粉按照质量比1：0.5～0.8加入搅拌釜中，以20～25℃/min的速率升温至450～550℃，搅拌4～5小时；转移至碳化炉中，氮气保护下，1600～1700℃保温2～3小时，转移至石墨化炉中，升温至2500～2600℃保温12～15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料与锌粉、锑粉按照摩尔比1：2～3：3～4于混料机中混合均匀，转移至高能球磨机，研磨10～20小时，转移至放电等离子烧结机，在30～1000MPa和200～600℃条件下烧结5～8分钟，即得锌锑合金复合负极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，石墨粉的平均粒径为10～15μm，环氧树脂粉的平均粒径≤5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，碳材料、锌粉和锑粉混合均匀后，使用23w.t.％的氢氧化钠溶液进行充分洗涤。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中研磨时充入氮气保护。
5.权利要求1～4中任一项所述制备方法对应的一种锌锑合金复合负极材料的制备***，其特征在于，包括碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，所述碳材料制备装置包括依次连接的搅拌釜、碳化炉和石墨化炉，所述复合材料制备装置包括依次连接的混料机、高能球磨机和放电等离子烧结机，其中，石墨化炉与混料机连接。
6.根据权利要求5所述的制备***，其特征在于，所述混料机与高能球磨机之间还设有碱洗池。
7.根据权利要求6所述的制备***，其特征在于，所述碱洗池的上方设有若干个喷淋头，喷淋头与氢氧化钠溶液储罐连接。
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