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一种锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明取硅酸盐玻璃置于球磨罐中，加入氯化钠溶液球磨，过筛得硅酸盐玻璃粉末；取***胶和黄蓍胶，置于球磨罐中球磨，过筛，得黄蓍胶和***胶混合物粉末；将硅酸盐玻璃球磨粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入锌粉搅拌，得胶体粉末混合物；将胶体粉末填充至模具中，压制处理、保压置于烘箱中，热固化处理后，静置冷却至室温，得固化料；将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，控制温度保温炭化，静置冷却至室温，即得一种碳硅复合负极材料。本发明所得的负极材料有倍率性能好且容量高、导电性好，电接触增加扩大了硅负极材料的应用。

Description

一种锂离子电池负极材料的制备方法
本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
进入21世纪，随着经济和社会的发展，人们对于能源的需求不断增加。但是由能源需求増加产生的污染己成为环境污染的主要来源。同时，世界上越来越多的国家认识到要建立一个既能满足当前社会需要又不危及后代人生存和发展的社会，必须大力发展新能源和可再生能源等绿色能源来减少环境污染。绿色电源是绿色能源的重要方向之一。因此，绿色安全的锂离子电池引起了广泛关注。
目前，锂离子电池性能优越，用途广泛，前景广阔。相对于传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池等二次电池，锂离子电池具有能量密度高、开路电压高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。锂离子电池随着技术的不断进步己经在人们的生活中得到了广泛的应用，如便携式电子产品、新能源交通工具等领域。然而，锂离子电池的质量比容量和能量密度需要进一步的提高，来满足便携式电子产品小型化及其在航天、军事、电网调峰和电动汽车方面应用的要求。因此，研发高比容量和高比能量的锂离子电池材料己成为当前科研工作非常重要的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对碳材料倍率性能差和容量低制约了碳材料的进一步应用，同时其导电性差、循环过程体积膨胀粉碎、电接触减少，严重制约了硅基负极材料的商业化应用问题，提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按质量比1:10，将氯化钠溶液和废弃的硅酸盐玻璃置于球磨罐中，球磨、过筛得球磨硅酸盐粉末；
（2）按质量比1：1，将***胶和黄蓍胶置于球磨罐中，球磨过筛得球磨胶体粉末；
（3）按重量份数计，分别取20~30份硅酸盐玻璃、40~60份胶体粉末和1~2份锌粉搅拌混合，得混合均匀的胶体粉末混合物；
（4）将制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，压制成型、脱模、热固化处理、静置冷却至室温，得固化料；
（5）将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，炭化处理，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。
步骤（1）所述的氯化钠溶液浓度为0.8mol/L。
步骤（3）所述的锌粉为250~300目锌粉颗粒。
步骤（4）所述的压制成型压强为5~10MPa。
步骤（4）所述的热固化温度为80~100℃。
步骤（5）所述的氮气通入流量为45~50mL/min。
步骤（5）所述的炭化处理为在600~700℃下，保温炭化2~3h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明通过在制备硅基负极材料时加入***胶和黄蓍胶，极大的提高了硅材料的结构稳定性，提升了整体电极的容量；
（2）本发明通过在碳硅复合材料制备的过程中，加入了锌粉，能提高电极材料的电子导电性；
（3）***胶和黄蓍胶的加入，对于提高锂电子电池高电流密度下充放电容量、改善容量稳定性均有明显作用。
具体实施方式
取废弃的硅酸盐玻璃，用清水洗净，自然干燥并置于球磨罐中，加入硅酸盐玻璃质量10% 0.8mol/L的氯化钠溶液，在450~500r/min的转速下球磨2~3h，过100目筛，得球磨硅酸盐玻璃粉末；取同等质量的***胶和黄蓍胶，置于球磨罐中，在500~550r/min的转速下球磨3~4h，待球磨结束后，取出球磨粉末并过100目筛，得黄蓍胶和***胶混合物粉末；按质量比1：2，将废弃硅酸盐玻璃球磨粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入5%硅酸盐玻璃质量的锌粉，用搅拌机在150~180r/min的转速下持续搅拌30 min，得混合均匀的胶体粉末混合物；将制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，在室温下，以5~10MPa压制处理，保压2~3min后，脱模并置于80~100℃烘箱中，热固化处理1~2h后，静置冷却志室温，得固化料；将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，控制氮气的流量为45~50mL/min，在氮气气氛下温度控制在600~700℃，保温炭化2 ~3h，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。所述的锌粉为250~300目锌粉颗粒。
实例1
取废弃的硅酸盐玻璃，用清水洗净，自然干燥并置于球磨罐中，加入硅酸盐玻璃质量10% 0.8mol/L的氯化钠溶液，在450r/min的转速下球磨2h，过100目筛，得球磨硅酸盐玻璃粉末；取同等质量的***胶和黄蓍胶，置于球磨罐中，在500r/min的转速下球磨3h，待球磨结束后，取出球磨粉末并过100目筛，得黄蓍胶和***胶混合物粉末；按质量比1：2，将废弃硅酸盐玻璃球磨粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入5%硅酸盐玻璃质量的250锌粉，用搅拌机在150r/min的转速下持续搅拌30 min，得混合均匀的胶体粉末混合物；将制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，在室温下，以5MPa压制处理，保压2min后，脱模并置于80℃烘箱中，热固化处理1h后，静置冷却志室温，得固化料；将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，控制氮气的流量为45mL/min，在氮气气氛下温度控制在600℃，保温炭化2 h，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。
实例2
取废弃的硅酸盐玻璃，用清水洗净，自然干燥并置于球磨罐中，加入硅酸盐玻璃质量10% 0.8mol/L的氯化钠溶液，在470r/min的转速下球磨2.5h，过100目筛，得球磨硅酸盐玻璃粉末；取同等质量的***胶和黄蓍胶，置于球磨罐中，在525r/min的转速下球磨3h，待球磨结束后，取出球磨粉末并过100目筛，得黄蓍胶和***胶混合物粉末；按质量比1：2，将废弃硅酸盐玻璃球磨粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入5%硅酸盐玻璃质量的270目锌粉，用搅拌机在165r/min的转速下持续搅拌30 min，得混合均匀的胶体粉末混合物；将z制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，在室温下，以7MPa压制处理，保压2.5min后，脱模并置于90℃烘箱中，热固化处理1.5h后，静置冷却志室温，得固化料；将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，控制氮气的流量为47mL/min，在氮气气氛下温度控制在650℃，保温炭化2.5h，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。
实例3
取废弃的硅酸盐玻璃，用清水洗净，自然干燥并置于球磨罐中，加入硅酸盐玻璃质量10% 0.8mol/L的氯化钠溶液，在500r/min的转速下球磨3h，过100目筛，得球磨硅酸盐玻璃粉末；取同等质量的***胶和黄蓍胶，置于球磨罐中，在550r/min的转速下球磨4h，待球磨结束后，取出球磨粉末并过100目筛，得黄蓍胶和***胶混合物粉末；按质量比1：2，将废弃硅酸盐玻璃球磨粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入5%硅酸盐玻璃质量的300目锌粉，用搅拌机在180r/min的转速下持续搅拌30 min，得混合均匀的胶体粉末混合物；将制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，在室温下，以10MPa压制处理，保压3min后，脱模并置于100℃烘箱中，热固化处理2h后，静置冷却志室温，得固化料；将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，控制氮气的流量为50mL/min，在氮气气氛下温度控制在700℃，保温炭化3h，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。
将实例及对照例（淄博某公司生产的锂离子电池负极材料）制备得到的锂离子电池负极材料进行检测，具体检测如下：
（1）充放电曲线、循环性能及倍率性能测试
将组装的扣式电池恒流充放电测试。测试仪器:NEWARE-BTS-5V/10mA电池
测试***，深圳市新威尔电子设备有限公司。测试条件：室温，电压区间0.005-2.0FV，以50mAg-1电流密度研究充放电曲线和循环性能，以50、100、500、1000mA-1电流密度测试倍率性能。
（2）循环伏安（CV）测试
将组装的扣式电池进行循环伏安测试。测试仪器：CHI660D电化学工作站。测
试条件：电压范围0.005~2.0V，扫描速度0.lmVS-1。
（3）交流阻抗（EIS）测试
将组装的扣式电池进行交流阻抗测试。测试仪器:CHI660D电化学工作站。测
试条件：频率范围100kHz~10mHz，扰动电压5mV。观察倍率性能和导电性能
具体测试结果如表1。
表1 电池负极材料性能对比表
性能表征 实例1 实例2 实例3 对照例
倍率性能（mA-1） 100 500 1000 50
循环伏安（V） 0.5 1 2 0.1
交流阻抗（kHz） 100 500 1000 98
倍率性能和导电性能 倍率性能好导电性能好 倍率性能好导电性能好 倍率性能好导电性能好 倍率差能好导电性差
由表1可知，本发明制备的锂离子电池负极材料具有较高的倍率性能和较大的容量；并且导电性好、电接触增大，扩大了硅基负极材料的商业化应用范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于制备步骤为：
（1）取废弃的硅酸盐玻璃，用清水洗净，自然干燥并置于球磨罐中，加入硅酸盐玻璃质量10% 0.8mol/L的氯化钠溶液，在450~500r/min的转速下球磨2~3h，过100目筛，得球磨硅酸盐玻璃粉末；
（2）按质量比1：1，将***胶和黄蓍胶置于球磨罐中，球磨过筛得球磨胶体粉末；
（3）按质量比1：2，将球磨硅酸盐玻璃粉末和***胶与黄蓍胶粉末混合，加入5%硅酸盐玻璃质量的锌粉，用搅拌机在150~180r/min的转速下持续搅拌30 min，得混合均匀的胶体粉末混合物；
（4）将制备的胶体粉末混合物填充至片状模具中，压制成型、脱模、热固化处理、静置冷却至室温，得固化料；
（5）将固化料置于管式气氛炉中，通入氮气排除空气，炭化处理，静置冷却至室温，即可制备得一种碳硅复合负极材料。
2.据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的锌粉为250~300目锌粉颗粒。
3.据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的压制成型压强为5~10MPa。
4.据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的热固化温度为80~100℃。
5.据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的氮气通入流量为45~50mL/min。
6.据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的炭化处理为在600~700℃下，保温炭化2~3h。
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