[发明专利]用于锂离子电池的矿物/碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的矿物/碳复合负极材料的制备方法。将冶炼用锌精矿粉碎至微纳米粒度，然后与占其质量比为0.5～5％的碳素材料膨胀石墨球磨，得到电化学性能更好的锂离子电池用锌精矿/碳复合材料。将锌精矿/碳复合材料与乙炔黑、PVDF按质量比8︰1︰1配制浆料并制作电极，组装半电池。电化学测试结果表明，锌精矿/碳复合材料的电化学反应可逆性较好，首次放电比容量在800mAh/g以上，第20次循环时放电比容量在547mAh/g以上。因此，本发明采用球磨方法制备的锌精矿/碳复合材料具有较好的电化学储锂性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别是锌精矿/碳复合材料用作锂离子电池负极活性材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高电压、高比能、长寿命等优点，已广泛应用于小型便携式电子产品。随着电动汽车、储能领域对锂电池需求的增长，高能量密度、高安全、低成本等性能成为锂离子电池发展的主要方向。商业锂离子电池目前使用的负极活性材料有碳素、硅碳、钛酸锂等，但碳素、硅碳负极材料存在安全隐患，钛酸锂负极材料因理论比容量较低、成本高而限制了其应用范围。因此，研究开发具有高比容量、高安全、低成本等性能的新型负极材料仍然是锂离子电池发展的重要课题。

天然锌精矿用于电化学储锂表现出比容量高、安全性好(脱嵌锂电位1.2V vs.Li/Li⁺)、回收价值高、资源丰富等特性，因而有望发展成为一种较理想的新型高性能锂离子电池负极活性材料。但是，锌精矿的电子导电性较差，并且在充放电过程中存在粉化、变形等现象，通过碳复合可以有效提高其电子和离子的传输特性，抑制电极形变，从而提高其电化学性能，有望为锂离子电池的进一步发展提供新的技术途径。

发明内容

本发明的目的是将锌精矿与碳素材料复合，以提高其用作锂离子电池负极活性材料的电化学性能。

具体步骤为：

(1)将取自选矿厂的锌精矿进一步研磨粉碎，接着以锌精矿质量的0.5～5％加入碳素材料充分研磨，得到锌精矿/碳复合负极材料。

(2)按8︰1︰1质量比称取锌精矿/碳复合负极材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂置于玛瑙研钵中研磨混合，滴加混合料质量0.5～5倍的分析纯N-甲基吡咯烷酮(NMP)并充分研磨至均匀浆料，均匀涂布于铜箔表面并在真空烘箱中于80℃下干燥8～10小时，冲片，称重，得到锌精矿/碳复合负极材料电极片，然后与金属锂片、Celgard2400隔膜、l moL/L LiPF₆的EC+EMC+DMC(体积比为l︰l︰l)溶液组装纽扣电池，并测试其循环伏安和充放电性能。

所述锌精矿原料为符合国家有色金属行业标准品级的锌精矿产品。

所述碳素材料为石墨、膨胀石墨、碳纳米管、碳纤维、活性炭、石墨烯和Super-P碳中的一种。

采用球磨方法可以容易地制备锌精矿/碳复合负极材料，有效提高材料的电化学性能。同时，碳素材料来源广泛，结构、性能多样，为锌精矿储锂性能的进一步优化改进提供了较大空间，有望推动锌精矿用作锂离子电池负极材料的实用化。

附图说明

图1本发明实施例锌精矿、膨胀石墨及锌精矿/膨胀石墨负极材料的XRD图谱。

图2本发明实施例锌精矿/膨胀石墨负极材料的循环伏安曲线。

图3本发明实施例锌精矿/膨胀石墨负极材料的充放电性能。

具体实施方式

实施例：

(1)从某选矿厂采取锌精矿样品，外送测得Zn含量为52.99％(质量比)。用行星球磨机、砂磨机两段研磨得到微纳米锌精矿，其BET比表面为28.41m²/g。