專利名稱：一種鋰離子電池負極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料的制備方法，特別涉及一種鋰離子電池金屬氫化 物負極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，由于鋰離子電池具有平均輸出電壓高、比能量大、放電電壓平穩(wěn)、安全性 高以及工作壽命長等優(yōu)越性能，可用作移動電話、筆記本電腦、便攜式攝像機、照相 機等移動電子產(chǎn)品的電源，還可以作為DVD以及電動自行車的電源，其應(yīng)用領(lǐng)域非 常廣闊。目前商業(yè)鋰離子電池負極材料通常采用的是石墨類碳材料，其不足之處是其 理論比容量只有372mAh/g，因而限制了鋰離子電池比容量的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述不足之處，提供一種新型的金屬氫化物鋰 離子電池負極材料的制備方法，其儲鋰機制不同于形成石墨插層化合物的儲鋰機制， 具有比容量高等特點。
本發(fā)明鋰離子電池負極材料的制備方法，所述負極材料為金屬氫化物和碳質(zhì)材料 的復(fù)合物，其特征在于由金屬粉和碳質(zhì)材料的混合物經(jīng)過球磨后與氫氣反應(yīng)生成負 極材料，其中原料金屬粉的質(zhì)量含量為80—95%，碳質(zhì)材料的質(zhì)量含量為5—20%。
本發(fā)明的負極材料，其中金屬氫化物為主要活性成分，碳質(zhì)材料主要起到分散和 導(dǎo)電的作用。
本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案為
所述金屬為鈦、鎳、鎂、鑭中的一種或兩種。當(dāng)所用金屬為兩種時，其中一種為 金屬鎳，另一種金屬與鎳的質(zhì)量比為5:1 — 1:5。
所述碳質(zhì)材料為石墨、炭黑、碳納米管、中間相微球、活性炭中的一種。 所述金屬粉和碳質(zhì)材的混合物的球磨時間為20小時，球料比為10:1。 所述氫氣反應(yīng)，氫氣的壓力為2Mpa，反應(yīng)溫度為350'C，反應(yīng)時間為10小時。氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，使材料平均粒徑小于1微米。 本發(fā)明一種優(yōu)選的具體制備步驟為
(1) 將金屬粉和碳質(zhì)材料按照質(zhì)量比加入球磨中，球料比為10:1，球磨時間為20
小時；
(2) 取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣，控制氫氣的壓力為 2Mpa，反應(yīng)溫度為350'C，反應(yīng)時間為10小時；
(3) 與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到負極材料。 本發(fā)明的有益效果是該方法制得的材料為金屬的氫化物，用其作鋰離子電池負
極，鋰離子通過置換電極材料中氫原子的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)來儲鋰，突破了石墨負極理論 容量的限制，具有比容量高、漏電流小、循環(huán)壽命長、制備工藝簡單等的特點。此外， 不存在有機電解質(zhì)溶劑的共插入現(xiàn)象，增加了石墨負極的穩(wěn)定性和安全性。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明。
實施例1:
將質(zhì)量比為9: 1的鈦粉和石墨粉球磨，球料比為10:1，球磨時間為20小時，取 出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫? Mpa，反應(yīng) 溫度為35(TC，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時(球料比 仍為10:1，下同)，得到最終產(chǎn)物。以下可按常規(guī)進行，以制得的產(chǎn)物為負極材料，乙 炔為為導(dǎo)電劑，聚偏氟乙烯(PVDF )為粘接劑。電池負極的配比(重量比)為活 性物質(zhì)(上述球磨后的負極材料)乙炔黑粘接劑=85 : 5 : 10 。加入一定量的N —甲基毗咯烷酮(NMP)調(diào)勻成糊狀，均勻涂在10微米厚的銅箔上，碾壓烘干得到工 作電極。以純鋰片為輔助電極，電解液為含鋰離子的有機電解液，隔膜為微孔聚乙烯 薄膜，裝配成扣式電池。在0.01V-3.0V的電壓范圍內(nèi)，以0.05C的速度在電池測試 儀上進行充放電測試。首次可逆容量為648 mAh/g，首次充放電效率為79%，經(jīng)過50 次循環(huán)，可逆容量為406mAh/g,庫侖效率為95%。
實施例2:
將質(zhì)量比為8: 2的鎳粉和炭黑粉球磨，球料比為10:1，球磨時間為20小時，取 出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫?Mpa，反應(yīng)溫度為35(TC，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到最 終產(chǎn)物。以下按實施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為576 mAh/g， 首次充放電效率為77%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為324mAh/g，庫侖效率為91%。 實施例3:
將質(zhì)量比為9: 1的鎂粉和石墨粉球磨，球料比為10:1,球磨時間為20小時，取 出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫? Mpa，反應(yīng) 溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到最 終產(chǎn)物。以下按實施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為756 mAh/g， 首次充放電效率為81%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為525mAh/g,庫侖效率為97%。
實施例4:
將質(zhì)量比為9: 1的鎂粉和碳納米管球磨，球料比為10:1，球磨時間為20小時， 取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣。控制氫氣的壓力為2 Mpa，反 應(yīng)溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到 最終產(chǎn)物。以下按實施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為771 mAh/g， 首次充放電效率為82%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為557mAh/g，庫侖效率為97%。
實施例5:
將質(zhì)量比為19: 1的鑭粉和中間相微球球磨，球料比為10:1，球磨時間為20小時， 取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫? Mpa，反 應(yīng)溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到 最終產(chǎn)物。以下按實施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為432 mAh/g， 首次充放電效率為75%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為371mAh/g，庫侖效率為96%。
實施例6:
將質(zhì)量比為6: 3: 1的鎂粉、鎳粉和碳納米管球磨，球料比為10:1，球磨時間為 20小時，取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫? Mpa，反應(yīng)溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小 時，得到最終產(chǎn)物。以下按實施例l所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為735 mAh/g，首次充放電效率為81%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為573mAh/g，庫侖效率 為96%。實施例7:
將質(zhì)量比為3: 6: 1的鎂粉、鈦粉和碳納米管球磨，球料比為10:1，球磨時間為
20小時，取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣。控制氫氣的壓力為2 Mpa，反應(yīng)溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小 時，得到最終產(chǎn)物。以下按實施例l所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為623 mAh/g，首次充放電效率為82%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為426 mAh/g，庫侖效率 為94%。
實施例8:
將質(zhì)量比為1: 5: 1的鑭粉、鎳粉和碳納米管球磨，球料比為10:1,球磨時間為 20小時，取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣?？刂茪錃獾膲毫? Mpa，反應(yīng)溫度為350。C，反應(yīng)時間為10小時；與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小 時，得到最終產(chǎn)物。以下按實施例1所述的常規(guī)方法制備并測試。首次可逆容量為 694mAh/g，首次充放電效率為78%，經(jīng)過50次循環(huán)，可逆容量為512 mAh/g，庫侖 效率為94%。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子電池負極材料的制備方法，所述負極材料為金屬氫化物和碳質(zhì)材料的復(fù)合物，其特征在于由金屬粉和碳質(zhì)材料的混合物經(jīng)過球磨后與氫氣反應(yīng)生成負極材料，其中原料金屬粉的質(zhì)量含量為80—95％，碳質(zhì)材料的質(zhì)量含量為5—20％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述金屬為鈦、鎳、鎂、鑭中的 一種或兩種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述金屬為兩種時，其中一種為 金屬鎳，另一種金屬與鎳的質(zhì)量比為5:1 — 1:5。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述碳質(zhì)材料為石墨、炭黑、碳 納米管、中間相微球、活性炭中的一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述金屬粉和碳質(zhì)材的混合物的 球磨時間為20小時，球料比為10:1。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述氫氣反應(yīng)，氫氣的壓力為2 Mpa，反應(yīng)溫度為350'C，反應(yīng)時間為10小時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2 小時，使材料平均粒徑小于l微米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于具體步驟為(1) 將金屬粉和碳質(zhì)材料按照質(zhì)量比加入球磨中，球料比為10:1，球磨時間為20小時；(2) 取出球磨后的物料，放入高壓金屬容器中，通入氫氣，控制氫氣的壓力為 2Mpa，反應(yīng)溫度為35(TC，反應(yīng)時間為10小時；(3) 與氫氣反應(yīng)后的產(chǎn)物需再經(jīng)球磨2小時，得到負極材料。
全文摘要
本發(fā)明鋰離子電池負極材料的制備方法，所述負極材料為金屬氫化物和碳質(zhì)材料的復(fù)合物，其特征在于由金屬粉和碳質(zhì)材料的混合物經(jīng)過球磨后與氫氣反應(yīng)生成負極材料，其中原料金屬粉的質(zhì)量含量為80-95％，碳質(zhì)材料的質(zhì)量含量為5-20％。該方法制得的材料為金屬的氫化物，用其作鋰離子電池負極，鋰離子通過置換電極材料中氫原子的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)來儲鋰，突破了石墨負極理論容量的限制，具有比容量高、漏電流小、循環(huán)壽命長、制備工藝簡單等的特點。此外，不存在有機電解質(zhì)溶劑的共插入現(xiàn)象，增加了石墨負極的穩(wěn)定性和安全性。
文檔編號H01M4/04GK101414678SQ20081015929
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者司維江, 禚淑萍, 勛 袁, 偉 邢, 高秀麗 申請人:山東理工大學(xué)