[发明专利]一种碳包覆锂合金复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种碳包覆锂合金复合电极材料及其制备方法，制备方法包括有以下步骤：（1）将锡氧化物和金属锂放入通入惰性气氛的球磨机中混合均匀从而得到金属混合物；（2）通过在惰性气氛下在金属混合物表面上高温包覆无定形碳制备复合材料；（3）将复合材料进行热烧结得到碳包覆锂合金复合电极材料。通过球磨机将锡氧化物和金属锂均匀混合后进行碳包覆，再经过热烧结形成致密的碳包覆锂合金复合电极材料，使得金属锂负极在充放电过程中的体积膨胀和枝晶形成得以减缓或者消除，提高了全固态电池的循环寿命，并且能够减缓或减小锂离子电池因短路造成发热膨胀而引起爆炸的可能性。

技术领域

本发明涉及电极材料领域技术，尤其是指一种碳包覆锂合金复合电极材料及其制备方法。

背景技术

在《中国制造2025》中要求到2020年我国动力电池的比能量达到300Wh/Kg，到2025年达到400Wh/Kg，而目前我国量产的动力电池单体能量密度在230±20Wh/Kg。为了达到400Wh/Kg的比能量目前已经开展的汽车动力电池技术路线图是富锂正极+全固态电解质+锂金属负极的全固态电池，如锂硫电池，其正极的理论比容量较高，可以达到1675mAh/g，而作为负极金属锂的理论比容量更是达到了3860mAh/g，所以锂硫电池的理论比能量高达2600Wh/kg，是未来商业化潜力较大的二次电池。

然而，当前锂硫电池中电极材料的发展仍面临着诸多问题，比如S的导电率差（Ω=5×10^-30S/cm，室温时）、体积膨胀严重（S在放电时伴随约70%体积膨胀）、穿梭效应（中间放电产物穿过隔膜直接与锂负极发生反应）、锂负极多次循环后形成Li枝晶刺穿隔膜，造成短路，产生安全问题等。其中特别是穿梭效应和Li枝晶的形成严重制约了锂硫电池的发展应用。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种碳包覆锂合金复合电极材料及其制备方法，其可以确保全固态电池中的离子—电子迁移通道，同时在锂合金复合电极中的活性材料由于电池充电放电时引起的体积膨胀，其稳定结构可以保持锂复合材料的骨架，改善了全固态电池的安全性能。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种碳包覆锂合金复合电极材料的制备方法，包括有以下步骤：

（1）将锡氧化物和金属锂放入通入惰性气氛的球磨机中混合均匀从而得到金属混合物；

（2）通过在惰性气氛下在金属混合物表面上高温包覆无定形碳制备复合材料；

（3）将复合材料进行热烧结得到碳包覆锂合金复合电极材料。

作为一种优选方案，所述锡氧化物为粒径是1-100nm的SnO₂或SnO粉末，金属锂为高纯度锂粉。

作为一种优选方案，所述球磨机中采用的磨球为钢球、玛瑙球或氧化锆球，磨球和合金粉质量比为10-100:1、球磨速度为200-600rpm、球磨时间为5-36h。

作为一种优选方案，所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中球磨得到的物料颗粒粒径为0.01-10μm。

作为一种优选方案，所述无定形碳源为蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、硬脂酸中的一种或几种。

作为一种优选方案，所述金属混合物的成分为：锡氧化物：0.2-1.0wt.%，金属锂：99-99.8wt.%。

作为一种优选方案，所述无定形碳源与金属混合物的比例为：无定形碳源：1-10wt.%，金属混合物：90-99wt.%。

作为一种优选方案，所述热烧结为真空热烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结中的一种或几种，烧结温度为300-800℃，保温时间为10-45min。