[发明专利]一种利用纳米碳锑复合材料制备锂离子负极材料的方法

说明书

本发明涉及负极材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种利用纳米碳锑复合材料制备锂离子负极材料的方法，采用纳米碳锑复合材料通过包覆、焙烧、石墨化制备负极材料，提高了石墨化工序工艺，进行深度石墨化提纯，制成的电池综合性能高，刚性减弱，压实密度较高，结构为单一纳米碳锑复合材料颗粒不同粒径混合而成，此结构材料有利于锂离子的嵌入和脱出，进一步提高了负极材料的克容量，使电池的充放电容量增加。本发明利用纳米碳锑复合材料颗粒制备的锂离子电池负极材料结构稳定，负极材料粒度为1‑30μm，真密度≥2.5g/cm³，灰分≤0.15%，振实密度≥1.20g/cm³，比表面积≤0.6m/g²，首次放电容量370‑400mAh/g,首次放电效率≥93%。

技术领域

本发明涉及负极材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种利用纳米碳锑复合材料制备锂离子负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池负极材料分为碳材料与非碳材料，碳材料又分为石墨碳材料和无定形碳石墨材料，石墨类碳材料主要以天然石墨、人造石墨、改性石墨或混合体为主；无定形碳石墨材料以易石墨化碳材料（硬碳）包括：焦炭、中间相碳微球等与难石墨化碳材料（软碳）包括碳纤维、环氧树脂、酚醛树脂为主要材料；非碳材料包括锡基材料、硅基材料、氧化物、钛基材料等。

锂离子电池作为一种新型的化学电源，因其输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、安全、无记忆效应和环境友好已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点。天然石墨同样存在振实密度低，比表面积高的特点，作为制备负极材料的原料还是不太理想。普通人造石墨存在比表面积高、振实密度低、颗粒形态差、放电容量低等缺点不适合直接作为制备负极材料的条件，如果须要使用此类人造石墨就必须再进行改制，石墨结构稳定性的提高不能得到保证，也增大了生产成本。

目前商品化的锂离子电池的负极材料是石墨以及其它形式的碳材料。由于石墨的理论容量只有372mAh·g^-1，而且嵌锂电位较低，限制了其使用范围。各向同性石墨材料具有导电性、导热性、抗腐烛性、自润滑性等优异的性能，并且与金属材料相比更加易于加工，作为导电材料和结构材料在电子、机械、半导体等许多领域得到了广泛的应用。与石墨等碳材料相比，某些锑基合金具有较理想的嵌锂电位和较高的质量比及体积比容量，应用前景十分广阔。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种利用纳米碳锑复合材料制备锂离子负极材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种利用纳米碳锑复合材料制备锂离子负极材料的方法，包括以下步骤：

S1、制备纳米碳材料溶液：所述纳米碳材料溶液为，在0±5℃条件下，将纯化的石墨材料分散到浓硫酸中，加入KMnO₄，搅拌时间为30-60分钟，温度上升至40-50℃，加入搅拌后混合物体积的3-8倍去离子水，继续搅拌20-40分钟，经过离心分离，用质量浓度5%HCl水溶液、去离子水和丙酮洗涤后，将其超声分散在去离子水中，充分搅拌，得到纳米碳材料的含量为20-50mmol/L的纳米碳材料溶液；

S2、含锑溶液制备：按Sb∶Ni∶Co原子比1∶(0.3-0.5)∶(0.2-0.3)的比例提供SbCl₃、NiSO₄和CoSO₄，混合于无水乙二醇中，制得以Sb计浓度为0.10-0.15mol/L的含锑前驱体溶液；

S3、纳米碳锑复合材料制备：在S1中纳米碳材料溶液中加入S2中含锑溶液，形成混合溶液，其体积比为1:(1-2)，在混合溶液中加入KBH₄，密封条件下加热至200-300℃，并反应12-24小时，反应完后自然冷却至室温，收集粉末状反应产物，依次用去离子水、无水乙醇清洗，干燥，得到复合材料粉末；