專利名稱：一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料及生產(chǎn)工藝，特別是涉及一種鋰離子電池高 能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料及生產(chǎn)工藝。
背景技術：
隨著煤炭、石油等主要天然資源的逐漸耗竭，能源危機已經(jīng)成為人類未來必須解 決的重大課題之一。人們對新能源的需求越來越高，鋰離子電池正得到越來越廣泛的應用， 已成為21世紀極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦突瘜W電源之一。鋰離子電池是自上個世紀九十年代以來繼鎳氫電池之后的新一代電池，因其具有 工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應等優(yōu)點，成為目前高檔電子消 費品首選的化學電源，并已經(jīng)滲透到航空航天、軍事等尖端技術領域。伴隨著其與日俱增的 需求，鋰離子電池正成為新世紀科學技術研究與開發(fā)的重點和熱點。目前商業(yè)化的鋰離子電池負極材料大多采用碳材料，研究表明這類材料的儲鋰容 量較低，實際比容量已非常接近理論比容量，如石墨的理論儲鋰量為372mAh/g，進一步提高 其比容量的空間非常有限，而且碳材料在嵌鋰時，由于其電極電位與金屬鋰相近，當電池過 充電的時候，碳電極表面容易析出金屬鋰，形成枝晶，從而引起短路，嚴重影響鋰離子電池 的安全性能因此，必須尋找新的非碳材料作為代替品，以提高鋰離子電池的比容量和循環(huán) 性能。開發(fā)新型高容量負極材料已成為當前的研究熱點。合金作為鋰離子電池負極材 料，其加工性能、容量密度均比現(xiàn)有的石墨電池材料要好，同時具有快速充放電能力，具有 很大的發(fā)展?jié)摿?，可望成為鋰離子二次電池的最佳候選材料。大部分的金屬如Si、Sn、Sb、Al、In、Zn、Pb、Bi、Ag、Pt、Au、Cd、As、Ga、Ge 等均可以與
鋰形成合金，這些元素表現(xiàn)出與鋰不同的反應電位。在這些元素中，前四個元素比較便宜， 而且環(huán)境友好，它們的理論比容量比石墨高出2-10倍，如Si為4008mAh/g，Sn為994mAh/ g，Sb為660mAh/g，Al為993mAh/g。但是鋰與單一的金屬形成合金時，會伴隨有很大的體積 膨脹(200-300% )，會導致電極循環(huán)性能變差，阻礙了合金類負極材料的實際應用。為了緩解在脫嵌鋰過程中的體積變化，一般采用兩種或多種金屬作為鋰嵌入的電 極基體。通常分為活性/活性或活性/非活性體系，當活性組分嵌鋰時，另一不同嵌鋰電位 的活性組分或非活性組分作為緩沖基體來抑制電極的膨脹，使體積變化減小，從而提高電 極循環(huán)壽命，獲得高容量的電極材料。開發(fā)一種電化學容量高、循環(huán)性能好的多元合金負極材料，提供一種成本低、便于 規(guī)?；a(chǎn)的生產(chǎn)工藝，對于鋰離子電池的發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供了一種電化學容量高、循環(huán)性能好的多元合金負極材料，同時提供一種成本低、便于規(guī)模化生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料， 該材料由氧化鈷、二氧化錫、三氧化二銻、氧化鈦以及碳材料組成，各成分的重量百分比為， 氧化鈷5-15%、二氧化錫5-15%、三氧化二銻5-15%、氧化鈦5_20%、碳材料35-80%，將氧 化鈷、二氧化錫、三氧化二銻、氧化鈦按照重量百分比5-15% 5-15% 5-15% 5-20% 進行混合，用還原劑還原為金屬后，包覆于35-80%碳材料的表面。在上述技術方案中，所述的還原劑為炭黑或者活性炭。所述的碳材料為天然石墨 微粉、人造石墨微粉、焦炭、樹脂碳中的一種，粒度為l-50um。本發(fā)明還給出了一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料的生產(chǎn)工藝，其 步驟為1)將重量百分比5-15%的氧化鈷、5-15%的二氧化錫、5-15%的三氧化二銻 和5-20%的氧化鈦放入惰性氣體保護的高溫反應釜中，加入還原劑，高溫反應釜升溫 速率為每1小時升溫100°C、升溫過程的時間為3 8小時，使高溫反應釜內(nèi)的溫度為 3000C -800°C，高溫反應釜攪拌速度為60 300轉/分鐘，300°C -800°C保溫狀態(tài)下攪拌 2-10小時，使混合均勻；2)將35-80%的碳材料加入反應釜中，控制反應釜升溫速率為每小時升溫150°C、 升溫過程的時間為4-8小時，使高溫反應釜中溫度為900-2000°C，在此溫度下保持5_20小 時，使混合物包覆在碳材料的表面，得到塊狀物；3)將塊狀物粉碎成粒度為5-50um的粉末，即為一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳 復合負極材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于，所制得的鋰離子電池負極材料，電容量大于365mAh/g，1000 次循環(huán)容量保持80%以上。
具體實施例方式實施例一將5公斤的氧化鈷、10公斤的二氧化錫、10公斤的三氧化二銻和20公斤的氧化鈦 放入惰性氣體保護的高溫反應釜中，加入還原劑炭黑，高溫反應釜升溫速率為每1小時升 溫100°C、升溫過程的時間為5小時，使高溫反應釜內(nèi)的溫度為500°C，高溫反應釜攪拌速度 為60 300轉/分鐘，500°C保溫狀態(tài)下攪拌10小時，使混合均勻。將55公斤的碳材料加入反應釜中，控制反應釜升溫速率為每小時升溫150°C、升 溫過程的時間為6小時，使高溫反應釜中溫度為1400°C，在此溫度下保溫10小時，使混合物 包覆在碳材料的表面，得到塊狀物。將塊狀物粉碎為5_50um的粉末，即為鋰離子電池負極材料。本實施例所制得的鋰離子電池負極材料，電容量為375mAh/g，1000次循環(huán)容量保 持 81. 2%。實施例二 將10公斤的氧化鈷、15公斤的二氧化錫、10公斤的三氧化二銻和20公斤的氧化 鈦放入惰性氣體保護的高溫反應釜中，加入還原劑活性炭，高溫反應釜升溫速率為每1小 時升溫100°C、升溫過程的時間為6小時，使高溫反應釜內(nèi)的溫度為600°C，高溫反應釜攪拌速度為60 300轉/分鐘，600°C保溫狀態(tài)下攪拌5小時，使混合均勻。將45公斤的碳材料加入反應釜中，控制反應釜升溫速率為每小時升溫150°C、升 溫過程的時間為6小時，使高溫反應釜中溫度為1500°C，在此溫度下保溫5小時，使混合物 包覆在碳材料的表面，得到塊狀物。將塊狀物粉碎為5_50um的粉末，即為鋰離子電池負極材料。本實施例所制得的鋰離子電池負極材料，電容量為382mAh/g，1000次循環(huán)容量保 持 82. 3%。實施例三將15公斤的氧化鈷、15公斤的二氧化錫、15公斤的三氧化二銻和15公斤的氧化 鈦放入惰性氣體保護的高溫反應釜中，加入還原劑炭黑，高溫反應釜升溫速率為每1小時 升溫100°C、升溫過程的時間為8小時，使高溫反應釜內(nèi)的溫度為800°C，高溫反應釜攪拌速 度為60 300轉/分鐘，800°C保溫狀態(tài)下攪拌4小時，使混合均勻。將40公斤的碳材料加入反應釜中，控制反應釜升溫速率為每小時升溫150°C、升 溫過程的時間為4小時，使高溫反應釜中溫度為1400°C，在此溫度下保溫5小時，使混合物 包覆在碳材料的表面，得到塊狀物。將塊狀物粉碎為5_50um的粉末，即為鋰離子電池負極材料。本實施例所制得的鋰離子電池負極材料，電容量為369mAh/g，1000次循環(huán)容量保 持 82. 6%。
權利要求
一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料，其特征在于將氧化鈷、二氧化錫、三氧化二銻、氧化鈦按照重量百分比5 15％∶5 15％∶5 15％∶5 20％進行混合，用還原劑還原為金屬后，包覆于35 80％碳材料的表面，制得鋰離子電池高能復合負極材料，電容量大于365mAh/g，1000次循環(huán)容量保持80％以上。
2.如權利要求1所述的一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料，其特征在于 所述的還原劑為炭黑或者活性炭。
3.如權利要求1所述的一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料，其特征在于 所述的碳材料為天然石墨微粉、人造石墨微粉、焦炭、樹脂碳中的一種，粒度為l-50um。
4.一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料的生產(chǎn)工藝，其步驟為1)將重量百分比5-15%的氧化鈷、5-15%的二氧化錫、5-15%的三氧化二銻和5-20% 的氧化鈦放入惰性氣體保護的高溫反應釜中，加入還原劑，高溫反應釜升溫速率為每1小 時升溫100°C、升溫過程的時間為3 8小時，使高溫反應釜內(nèi)的溫度為300°C -800°C，高溫 反應釜攪拌速度為60 300轉/分鐘，3000C -800°C保溫狀態(tài)下攪拌2_10小時，使混合均 勻；2)將35-80%的碳材料加入反應釜中，控制反應釜升溫速率為每小時升溫150°C、升溫 過程的時間為4-8小時，使高溫反應釜中溫度為900-2000°C，在此溫度下保持5_20小時，使 混合物包覆在碳材料的表面，得到塊狀物；3)將塊狀物粉碎成粒度為5-50um的粉末，即為一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合 負極材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池高能鈷錫銻鈦/碳復合負極材料及生產(chǎn)工藝，將氧化鈷、二氧化錫、三氧化二銻、氧化鈦按照比例進行混合，還原為金屬后，包覆于碳材料的表面，制得鋰離子電池高能復合負極材料。本發(fā)明的鋰離子電池高能復合負極材料電容量大于365mAh/g，1000次循環(huán)容量保持80％以上。
文檔編號H01M4/139GK101944611SQ20101018142
公開日2011年1月12日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者耿世達 申請人:耿世達