[发明专利]一种高容量高倍率负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种高容量高倍率负极材料的制备方法。

背景技术

自从1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池并将其商品化以来，锂离子电池得到了迅猛发展。如今锂离子电池已经广泛地应用于民用及军用的各个领域。随着科技的不断进步，人们对电池的性能提出了更多更高的要求：电子设备的小型化和个性化发展，需要电池具有更小的体积和更高的比能量输出；航空航天能源要求电池具有循环寿命，更好的低温充放电性能和更高的安全性能；电动汽车需要大容量、低成本、高稳定性和安全性能的电池。

目前商业化锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料，具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。但其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池比能量的进一步提高，不能满足日益发展的高能量便携式移动电源的需求。同时，石墨作为负极材料时，在首次充放电过程中在其表面形成一层固体电解质膜（SEI）。固体电解质膜是电解液、负极材料和锂离子等相互反应形成，不可逆地消耗锂离子，是形成不可逆容量的一个主要的因素；其二是在锂离子嵌入的过程中，电解质容易与其共嵌在迁出的过程中，电解液被还原，生成的气体产物导致石墨片层剥落，尤其在含有PC的电解液中，石墨片层脱落将形成新界面，导致进一步SEI形成，不可逆容量增加，同时循环稳定性下降。而树脂类聚合物热解后形成的无定形碳的有序度低，结构比较松散，锂离子能相对自由地在其中嵌入和脱出而不会对其结构产生大的影响。

另外，锡是一种最有希望取代碳材料的负极材料，这是因为锡具有高达994mAh/g的高克比容量；并且具有类似于石墨的平稳的放电平台。但与其它高容量金属相似，锡的循环性能非常差，不能进行正常的充放电循环。在可逆储锂过程中，金属锡体积膨胀显著，导致循环性能变差，容量迅速衰减，因此难以满足大规模生产的要求。为此，通过引入碳等非金属元素，以合金化或复合的方式来稳定金属锡，减缓锡的体积膨胀。碳能够阻止锡颗粒间的直接接触，抑制锡颗粒的团聚和长大，起到缓冲层的作用。

虽然锡碳材料的研究获得了较大的进步，但是金属锡的熔点只有232℃，其在进行高温热处理时不可避免地发生体积膨胀。当前，对锡碳材料进行热处理时，主要面临着以下一些问题。锡碳复合材料在较高温热处理时，锡颗粒较容易融合在一起团聚成大颗粒，在循环过程中电极材料粉化脱落，导致电池容量的迅速降低和循环性能变差；在低温热处理时，锡碳复合材料的电阻大，导电性不好。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种高容量高倍率负极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种高容量高倍率负极材料的制备方法，其制备步骤如下：

（1）制备超细锡粉胶体溶液：将大粒径的锡粉按照固含量15%～30%加入到含分散剂的去离子水中，然后加入研磨球，搅拌研磨直至锡粉的平均粒径D50达到0.1～1μm，得到含有超细锡粉胶体溶液；

（2）制备前驱体浆料：按照水溶性树脂:锡粉:导电炭黑的比例为1:0.05～0.15:0.02～0.05，称取水溶性树脂和导电炭黑加入到步骤（1）中含有超细锡粉胶体溶液中，并加入一定量的去离子水，调节固含量至25%～45%，然后不断搅拌，得到前驱体浆料；

（3）雾化、干燥、造粒以及分级：将步骤（2）中制备的前驱体浆料通过雾化、干燥和造粒，再经过粉体分级得到平均粒径介于5～35μm之间的粉体；

（4）热处理：将步骤（3）中所得到的粉体在惰性气体的保护下，以1～5℃/min的速度升温至500～700℃，再保温1～5h，自然降温，冷却后即得到锂离子电池负极材料。

进一步的，所述大粒径的锡粉的粒径为1μm～3mm。

进一步的，步骤（1）中大粒径的锡粉:分散剂:去离子水:研磨球的质量比为1:0.02～0.05:5～10:2～5。

进一步的，所述分散剂为聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、酒精和羟甲基纤维素钠中的一种或几种。

进一步的，所述研磨球为氧化锆球，选取球径为2mm～40mm中的一种或几种搭配使用；所用搅拌球磨机的转速为60～350转∕分。

进一步的，所述水溶性树脂为热固性树脂，包括水溶性酚醛树脂、水溶性环氧树脂、水溶性醇酸树脂、水溶性聚酯树脂、水溶性丙烯酸树脂、水溶性聚丁二烯树脂、水溶性阳离子树脂中的一种或一种以上的混合物。