[发明专利]一种锂离子电池负极用锡碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极用锡碳复合材料的制备方法。

背景技术

目前商业化使用的锂离子电池大都以碳材料作为负极，但碳材料的能量密度和比能量密度较低(碳材料的理论比容量仅为372mA·hg^-1。随着电子行业日新月异地发展，现有锂电池的容量已经难以满足各个领域的需求。许多金属材料（如Sn、Si、Al）都能与锂反应形成合金，从而具有较高的理论容量。Sn能与Li形成Li_4.4Sn,理论容量为990mA·hg^-1，有望代替碳材料，成为锂离子电池商用的负极材料。但在充放电过程中，锂的反复脱嵌导致电极体积变化大(当Li与金属Sn形成Li_4.4Sn时，体积膨胀358%)，电极逐渐粉化失效，循环性能差，限制了其作为锂离子负极材料的应用。因此，许多研究工作者致力于解决此问题，一方面采用锡合金负极或与其它柔性材料复合，另一方面使这些复合材料微纳米化，降低其在充放电过程中的相对体积变化量。

J．Power Sources 97-98(2001)211-215报道了高能球磨制备锂离子电池用Sn-C复合负极材料。J．Power Sources 184(2008)508-512报道了用高能球磨法制备锂离子电池用Sn-C-Ag复合负极材料。前者为使细化粉末，球磨时间长达150h，且长时间的球磨使C非晶化，引入大量的缺陷，大大增加了首次不可逆容量；后者球磨时间虽然缩短至25h，但添加了大量的非活性物质，牺牲了其总体比容量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足和缺点，提供一种锂离子电池负极用锡碳复合材料的制备方法，采用可以加大对处理粉末的有效能量输入，加速粉末细化的等离子体辅助高能球磨的方法，快速制备锂离子电池锡碳复合负极粉末。该过程生产周期短，可以实现粉末微纳米化，且没有添加非活性物质导致比容量的牺牲。

本发明的目的通过下述技术方案实现：、

（1）采用介质阻挡放电等离子体辅助高能球磨方法对锡、石墨原料的混合粉末进行球磨，得到球磨后锡碳混合粉末；

将上述球磨后锡-石墨混合粉末制作成锂离子电极片并组装电池。

为更好地实现本发明，步骤（1）所述的原料按照Sn-Xwt%C进行配比，X为石墨原料的质量为混合粉末总质量的百分比，X为30%～70%。

步骤（1）所述的球磨时间为2.5h～20h。

步骤（1）球磨中所采用的磨球与锡、石墨混合粉末的球粉质量比为30：1～70：1。

步骤（1）所述介质为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氮气中的一种。

本发明所述介质阻挡放电等离子体辅助高能球磨方法的具体步骤是：

（1）安装好球磨罐的前盖板和电极棒，并把前盖板和电极棒内的铁芯分别与等离子体电源的正负两级相连，其中，电极棒内的铁芯接等离子体电源的正极，前盖板接等离子体电源的负极；

（2）在球磨罐中装入磨球和配比好的锡、石墨混合粉末；

（3）通过真空阀对球磨罐抽真空，然后充入放电气体介质，使球磨罐内的压力值达到0.12MPa；

（4）接通等离子体电源，设置等离子体电源电压为15KV，电流为1.5A,放电频率60KHz，启动驱动电机带动激振块，使机架及固定在机架上的球磨罐同时振动，进行介质阻挡放电等离子体辅助高能球磨。所述激振块采用双振幅5mm～10mm，电机转速930～1400r/min；球磨时间为2.5h～20h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明采用等离子体辅助球磨制备的产品粉末在球磨10h后Sn的晶粒尺寸为67.6nm；在相同的工艺参数下，普通球磨制备的产品粉末球磨10h后Sn的晶粒尺寸为129.9nm。Sn颗粒的微纳米化可以减少电极在充放电过程中的相对体积变化，提高电极的循环性能；

（2）本发明采用等离子体辅助球磨制备的产品粉末在球磨10h后仍能明显检测到石墨的（002）晶面衍射峰；在相同的工艺参数下，普通球磨制备的产品粉末球磨10h后石墨的（002）晶面衍射峰几乎消失不见；