[发明专利]一种锂离子电池锡基复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池电极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池锡基复合负极材料及其制备方法。

背景技术

商业化锂离子电池负极一般为石墨类材料或者以碳作为基质的材料，碳材料作为锂离子二次电池负极具有较好的循环性能，已基本达到其理论极限容量372mAh/g的水平，但其显然无法满足人们对高容量电极的需求。锡基材料具有高质量比能量和体积比能量，价格便宜，无毒副作用，加工合成相对容易等特点，引起了人们的广泛关注。但单纯的的锡基材料在脱嵌锂反应时产生较大的体积收缩，电极材料易开裂粉化，活性物质内部丧失电接触，导致材料电化学性能恶化，循环性能差，首次不可逆容量高。其氧化物也存在同样问题。

为改善锡基负极材料的电化学性能，研究的思路主要集中在材料纳米化、合金化、包覆处理、介孔或微孔镶嵌锡或锡合金等方面。研究者做了很多相关工作，宁林坚(“用于锂离子电池负极材料的锡/碳复合材料研究”，学报，2008，9，915-919)采用分散聚合的方法在氧化锡的表面包覆聚对位二乙烯基苯，再热解制备了锡颗粒在碳基体中均匀分散的锡-碳复合材料。何向明(“synthesis of spherical nano tin encapsulated pyrolytic polyacrylonitrile composite anode material for Li-ion batteries”，Solid State ionics，2007，178，833-836)用液相还原法把锡包覆在聚丙烯腈内，300℃低温热解后，聚丙烯腈脱氢脱氮形成共轭链结构，锡颗粒均匀分布在热解后集体内，提高了金属锡的循环稳定性。但这些改良的锡基负极材料离商业化的要求仍有一段距离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的锡基复合材料循环性能差的缺陷，提供一种比容量高、循环性能好的锂离子电池锡基复合负极材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池锡基复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将金属锡粉、石墨、分散剂与水混合形成浆料，其中所述锡粉或所述石墨的平均粒径D₅₀为460-612nm；

(2)喷雾造粒得颗粒；

(3)将质量体积浓度为8-18g/L的导电聚合物溶液与所述的颗粒混合，搅拌，离心分离，干燥，过300目以上的筛子，取筛下物即可，其中所述的导电聚合物的质量占金属锡粉和石墨粉总重量的5-10wt％。

在本发明的一较佳实施方式中，所述的制备方法的具体操作步骤为：

①将锡粉原料、石墨原料和所述分散剂与水混合，超细磨得所述浆料，所述浆料中粒子的平均粒径D₅₀为460-612nm；

②喷雾造粒得所述颗粒；

③将所述的导电聚合物溶液与所述的颗粒混合，搅拌，离心分离，干燥，过300目以上的筛子，取筛下物即可。

所述的超细磨为本领域的常规研磨方式，一般采用超细球磨。

本发明中，所述的石墨为本领域常规使用的石墨，一般为人造石墨和/或天然石墨。

所述的锡粉和所述石墨的用量均为本领域常规用量，较佳地所述的锡粉和所述的石墨的重量比为0.2-0.4∶1。

所述的分散剂为本领域常规使用的分散剂，较佳地为聚乙烯基吡咯烷酮(英文缩写PVP)、羧甲基纤维素钠(英文缩写CMC)、聚乙烯醇(英文缩写PVA)和聚乙二醇(英文缩写PEG)中的一种或者多种；更佳地为重均分子量为5200-7200的聚乙烯基吡咯烷酮、重均分子量为5300-7400的羧甲基纤维素钠、重均分子量为5.8×10⁴-8.5×10⁴的聚乙烯醇和重均分子量为4700-6800的聚乙二醇的一种或者多种。

所述的分散剂用量为本领域的常规用量，较佳地，所述的分散剂占所述锡粉和所述石墨总质量的1-3wt％。

较佳地，所述水的质量与所述锡粉、所述石墨和所述分散剂的总质量之比为7-9∶1。

所述的喷雾造粒为本领域常规技术，其进料速度和进、出风口温度均为本领域的常规参数；较佳地，所述喷雾造粒的进料速度3.2-4.8kg/h，所述喷雾造粒的进风口温度为180-220℃，所述喷雾造粒的出风口温度为100-130℃。

较佳地，所述颗粒的平均粒径D₅₀为7.5-11.6μm。