專利名稱：一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS₂電化學(xué)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能的方法，屬于高 能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是現(xiàn)階段在電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的電源設(shè)備，在不斷的研究開 發(fā)中，在電動(dòng)汽車、航天和儲(chǔ)能等方面的應(yīng)用需求也逐漸增加。為了滿足對(duì)高 性能鋰離子電池的需求，近年來對(duì)鋰離子電池的正、負(fù)極材料、隔膜等方面的 研究愈漸增加，對(duì)高性能負(fù)極材料的開發(fā)也成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一，受到 廣泛關(guān)注。
硫化錫負(fù)極材料屬于錫基復(fù)合材料中的一種，其本身具有高的電化學(xué)充放 電容量特性，具有發(fā)展成為高性能鋰離子電池負(fù)極材料的潛力，也是鋰離子電 池負(fù)極材料研究領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。國(guó)外在這方面開展了一定的研究工作，國(guó) 內(nèi)開展了初步的工作，總的說來，在SnS2作為鋰離子電池負(fù)極材料方面，還需 要很多工作以改進(jìn)這種材料的電化學(xué)性能，目前屬于探索研究階段?，F(xiàn)階段， 這種材料作為鋰離子電池負(fù)極材料遇到的一個(gè)主要問題是充放電循環(huán)性能不 好， 一些研究者通過材料的改性，如添加導(dǎo)電劑、減小材料顆粒尺寸等手段， 以期改善這種負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性、充放電容量等電化學(xué)性能，目前在這方 面工作處于對(duì)新工藝、新方法的研究探索中。在本工作的研究過程中，開始采 用水熱合成法制備了 SnS2材料，作為鋰離子電池的負(fù)極材料。以該材料作為工 作電極，金屬鋰為對(duì)電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液，在 氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。在電流密度為50mA/g的條件下，該負(fù)極材 料首次放電(嵌鋰)比容量及充電(脫鋰)比容量分別為1705mA*h/g、 798mA*h/g， 20周之后的充電(脫鋰)比容量保持率為43.6%。為了進(jìn)一步提高這種負(fù)極材料的 電化學(xué)性能，在本發(fā)明中采用摻碳濕磨復(fù)合方法對(duì)SnS2進(jìn)行改性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了更進(jìn)一步提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2的電化學(xué)性能， 采用摻碳濕磨復(fù)合方法對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料SnS2進(jìn)行改性。
在本方法中，采用濕磨工藝對(duì)SnS2材料進(jìn)行摻碳復(fù)合。在濕磨工藝中以SnS2 材料、碳納米管和聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑為溶質(zhì)，N-甲基吡咯烷酮為溶 劑，即在加入N-甲基吡咯垸酮溶劑的條件下，同時(shí)加入粘結(jié)劑聚偏氟乙烯 (PVDF)，在球磨罐中設(shè)定球磨轉(zhuǎn)數(shù)和球磨時(shí)間將SnS2材料與碳納米管進(jìn)行復(fù) 合，并以此作為鋰離子電池的負(fù)極材料。由此濕磨復(fù)合工藝得到的含SnS2活性 物質(zhì)的負(fù)極材料為粘稠漿料狀，這樣可直接在銅箔上涂片，這也進(jìn)而簡(jiǎn)化了電 極制備工藝。將所制備極片作為工作電極用于鋰離子模擬電池中，此負(fù)極材料 表現(xiàn)出很高的充放電比容量，電壓平臺(tái)較長(zhǎng)，循環(huán)性能也有所提高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能的方法，具體步驟 如下
(1) 將SnS2材料與碳納米管在研缽中混合，其質(zhì)量比為(5 1): 1，研磨 均勻后，把混合物放入3^磨罐中；
(2) 在球磨罐中加入PVDF粘結(jié)劑及N-甲基吡咯垸酮溶劑，并放入磨球， 進(jìn)行SnS2材料的濕磨摻碳復(fù)合；其中SnS2材料、碳納米管和PVDF的質(zhì)量和(單 位為g)與N-甲基吡咯烷酮體積(單位為ml)的比為l: (2 20)， SnS2材料、 碳納米管和PVDF的質(zhì)量和(單位為g)與磨球的質(zhì)量(單位為g)的比為1:
(4 14);
(3) 將球磨罐壓緊，裝入球磨機(jī)中，球磨轉(zhuǎn)數(shù)為200 400rpm，球磨時(shí)間 為2 10h，待球磨完成后，即得到槳料狀摻碳復(fù)合SnS2材料。
將摻碳復(fù)合SnS2材料直接在銅箔上進(jìn)行涂片，制備成電極片；以該極片作 為工作電極，金屬鋰為對(duì)電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比l : l)為電解液， 在氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對(duì)模擬電池進(jìn)行充放電測(cè)試，電壓范圍 為0 2.5V(vs丄i+7Li)，電流密度為50mA/g。
4有益效果
本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單易行，工藝條件容易控制，所獲得的SnS2復(fù)合材料在 鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用中電化學(xué)性能得到提高，顯示了更高的比容量及更 好的循環(huán)性能。


圖1為充放電曲線圖，圖中(I)為未經(jīng)過摻碳濕磨改性的SnS2材料在 50mA/g電流密度下第一周充放電曲線；(II)為摻碳復(fù)合SnS2材料在50mA/g 電流密度下第一周充放電曲線；
圖2為循環(huán)容量曲線圖，圖中(I)為未經(jīng)過摻碳濕磨改性的SnS2材料在 50mA/g電流密度下循環(huán)容量曲線；(II )為摻碳復(fù)合SnS2材料在50mA/g電流密 度下循環(huán)容量曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
(1) 稱取0.62§的81^2材料與0.2^的碳納米管，在研缽中混合均勻，放 入球磨罐中；
(2) 在球磨罐中加入10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF，并放入 8.68g的磨球；
(3) 將球磨罐壓緊，裝入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨轉(zhuǎn)數(shù)為350rpm，球磨時(shí)間為 4h，每30分鐘暫停15分鐘，進(jìn)行濕磨復(fù)合，即得到漿料狀摻碳復(fù)合SnS2材料。
將摻碳復(fù)合SnS2材料直接在銅箔上進(jìn)行涂片，制備成電極片。以該極片作 為工作電極，金屬鋰為對(duì)電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液， 在氬氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對(duì)模擬電池進(jìn)行充放電測(cè)試，電壓范圍 為0 2.5V(vsii+/Li)，電流密度為50mA/g。
對(duì)比例
0.62g未經(jīng)過摻碳濕磨改性的SnS2材料、0.21g導(dǎo)電劑乙炔黑、10ml的N-甲基吡咯烷酮和0.17g的PVDF在研缽中混合均勻，得到漿料狀負(fù)極材料，將所 獲得的漿料狀材料直接在銅箔上進(jìn)行涂片，制備成電極片。以該極片作為工作 電極，金屬鋰為對(duì)電極，lmol/L的LiF6/EC-DMC(體積比1 : l)為電解液，在氬 氣氣氛手套箱中裝配成模擬電池。對(duì)模擬電池進(jìn)行充放電測(cè)試，電壓范圍為0 2.5V(vs丄iVLi)，電流密度為50mA/g。
實(shí)施例的第一周充放電曲線如圖1 (II)所示，測(cè)得實(shí)施例的首次放電(嵌 鋰)比容量及充電(脫鋰)比容量分別為3166mA"h/g、 1740mA*h/g;對(duì)比例的第一 周充放電曲線如圖1 ( I )所示，觀i條對(duì)比例的首次放電(嵌鋰)比容量及充電(脫 鋰)比容量分別為1705mA*h/g、 798mA*h/g;實(shí)施例的SnS2材料在50mA/g電流 密度下循環(huán)容量曲線如圖2 (II)所示，其20周之后的充電比容量保持率為 52.5%，對(duì)比例的SnS2材料在50mA/g電流密度下循環(huán)容量曲線如圖2 ( I )所 示，其20周之后的充電比容量保持率為43.6%。
權(quán)利要求
1.一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能的方法，其特征在于(1)將SnS2材料與碳納米管在研缽中混合，研磨均勻后，把混合物放入球磨罐中；(2)在球磨罐中加入PVDF粘結(jié)劑及N-甲基吡咯烷酮溶劑，并放入磨球，進(jìn)行SnS2材料的濕磨摻碳復(fù)合；(3)將球磨罐壓緊，裝入球磨機(jī)中，設(shè)定球磨轉(zhuǎn)數(shù)及球磨時(shí)間，待球磨完成后，即得到漿料狀摻碳復(fù)合SnS2材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能 的方法，其特征在于步驟(1)中的SnS2材料與碳納米管的質(zhì)量比為(5 1): 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能 的方法，其特征在于步驟(2)中的SnS2材料、碳納米管和PVDF的 質(zhì)量和(單位為g)與N-甲基吡咯烷酮體積(單位為ml)的比為1: (2 20)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能 的方法，其特征在于步驟(2)中的SnS2材料、碳納米管和PVDF的 質(zhì)量和(單位為g)與磨球的質(zhì)量(單位為g)的比為l: (4 14)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS2電化學(xué)性能 的方法，其特征在于步驟(3)中的球磨轉(zhuǎn)數(shù)為200 400rpm，球磨時(shí) 間為2 10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高鋰離子電池負(fù)極材料SnS₂電化學(xué)性能的方法，屬于高能電池技術(shù)領(lǐng)域。在本發(fā)明中，采用濕磨工藝對(duì)SnS₂材料進(jìn)行摻碳復(fù)合，以聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑，N-甲基吡咯烷酮為溶劑，在球磨罐中將SnS₂材料與碳納米管進(jìn)行復(fù)合，得到含有SnS₂活性物質(zhì)的漿料狀材料，并以此改性的SnS₂作為鋰離子電池的負(fù)極材料。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單易行，工藝條件容易控制，所獲得的SnS₂復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用中電化學(xué)性能得到提高，顯示了更高的比容量及更好的循環(huán)性能。
文檔編號(hào)H01M4/04GK101609885SQ20091008942
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者婷 萬, 鋒 吳, 吳伯榮, 凱 楊, 敬 王, 穆道斌, 實(shí) 陳 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)