一種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極材料的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于能源材料領(lǐng)域，提供一種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極材料的設(shè)備，包括直流電弧產(chǎn)生裝置、電弧反應(yīng)箱體、液體容器、壓力式噴霧頭、用于產(chǎn)物收集的冷卻室；直流電弧產(chǎn)生裝置上設(shè)置導(dǎo)電的錫棒夾具；電弧反應(yīng)箱體上方連接有反應(yīng)室；液體容器下部有溶液出口，溶液出口連接的管路上設(shè)置有壓縮空氣進(jìn)口，所述溶液出口連接的管路出口端為壓力式噴霧頭；所述弧形反應(yīng)室連接有圓管形狀的用于產(chǎn)物收集的冷卻室。本實(shí)用新型提出的設(shè)備，用于以金屬氧化物電弧氣化合成法制造Sn/C復(fù)合負(fù)極材料，設(shè)備成本低，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，與球磨或其它化學(xué)合成方法相比制造成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。設(shè)備中的直流電弧產(chǎn)生裝置可采用現(xiàn)有設(shè)備改裝，節(jié)約了設(shè)備投資。
【專利說明】一種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極材料的設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池電極活性材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的快速發(fā)展首先利益于負(fù)極材料的進(jìn)步，目前商品化的鋰離子電池負(fù)極材料主要是石墨以及各種改性的碳材料。碳負(fù)極材料具有性能穩(wěn)定，電壓平臺(tái)低，循環(huán)性好等特點(diǎn)，其理論可逆容量為372mAh/g，實(shí)際使用中的碳負(fù)極材料可逆容量一般在320?350mAh/g。隨著筆記本電腦、移動(dòng)電話和便攜式數(shù)碼產(chǎn)品等不斷追求超輕超薄，對(duì)高能量密度電池的要求日益強(qiáng)烈，需要開發(fā)具有更高比能量密度的負(fù)極材料。
[0003]與碳負(fù)極材料相比，金屬錫具有更聞的質(zhì)量比容量，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料之一。錫基負(fù)極材料的嵌脫鋰機(jī)理為:xLi++Xe-+Sn — LixSn (O彡x彡4.4)，理論可逆容量可達(dá)到994mAh/g。然而金屬錫在充放電過程中會(huì)發(fā)生約3倍的體積變化，使該類電極在充放電過程中，易引起電極剝落、粉化而導(dǎo)致容量嚴(yán)重衰減，循環(huán)性能差。
[0004]利用石墨材料穩(wěn)定性和循環(huán)性好的特點(diǎn)，結(jié)合錫的高容量的優(yōu)點(diǎn)，以金屬錫和石墨制備錫碳復(fù)合材料，可得到容量高、穩(wěn)定性和循環(huán)性較好的Sn/C復(fù)合負(fù)極材料，如中國(guó)專利CN101202340A描述的以錫鹽和淀粉經(jīng)球磨后高溫焙燒得到納米級(jí)Sn/C復(fù)合材料。但是采用化學(xué)法或機(jī)械球磨方法制備的Sn/C復(fù)合負(fù)極材料的工藝，由于錫碳接觸反應(yīng)前化學(xué)法得到的氧化錫微?；蚯蚰シǖ玫降腻a微粒的粒徑較大，導(dǎo)致最終產(chǎn)物中錫和碳的分散不均勻，影響了錫碳復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能，難以實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的是提出一種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極的設(shè)備。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案為:
[0007]—種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極的設(shè)備，包括直流電弧產(chǎn)生裝置、電弧反應(yīng)箱體、液體容器、壓力式噴霧頭、用于產(chǎn)物收集的冷卻室；
[0008]所述直流電弧產(chǎn)生裝置的兩根輸出線上各設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電的錫棒夾具；所述直流電弧產(chǎn)生裝置罩在電弧反應(yīng)箱體中，電弧反應(yīng)箱體上方連接有弧形的反應(yīng)室；
[0009]所述液體容器位于直流電弧產(chǎn)生裝置的上方，液體容器下部有溶液出口，溶液出口連接的管路上設(shè)置有壓縮空氣進(jìn)口，所述溶液出口連接的管路出口端為壓力式噴霧頭，壓力式噴霧頭出口位于所述弧形反應(yīng)室的側(cè)壁上；
[0010]所述弧形反應(yīng)室連接有圓管形狀的用于產(chǎn)物收集的冷卻室。
[0011]進(jìn)一步地，所述反應(yīng)室形狀是彎曲成弧形的圓柱體，反應(yīng)室和冷卻室的直徑比為
I: 2 ?3。
[0012]優(yōu)選地，所述壓力式噴霧頭為1/8英寸的J型可調(diào)型廣角圓形噴霧頭。
[0013]其中，所述直流電弧產(chǎn)生裝置的輸入端電纜上裝有一臺(tái)三相10kW的自耦調(diào)壓器，以方便調(diào)整功率和起弧電流。
[0014]所述直流電弧產(chǎn)生裝置可采用現(xiàn)有設(shè)備，通常為直流電焊機(jī)，例如直流手工焊機(jī)，直流手工焊機(jī)的兩根輸出線裝上兩根錫棒夾具。
[0015]采用本實(shí)用新型提出的設(shè)備，制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極的方法為:
[0016]I)兩個(gè)金屬錫棒之間通以短路電弧，將金屬錫棒產(chǎn)生的起弧與可溶性有機(jī)碳源的水溶液的噴霧接觸反應(yīng)，收集反應(yīng)產(chǎn)物；所述噴霧是用氣體流量400?600L/min的壓縮空氣將可溶性有機(jī)碳源的水溶液從噴霧頭噴出；
[0017]所述金屬錫棒的直徑為4?8mm ;所述可溶性有機(jī)碳源的水溶液為含有葡萄糖、改性淀粉、蔗糖、果糖中的一種或多種的水溶液；
[0018]2)將步驟I)所得反應(yīng)產(chǎn)物研磨；
[0019]3)步驟2)研磨后的物料在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下焙燒3?5小時(shí)，焙燒的溫度為1100?1500°C，焙燒后破碎分級(jí)。
[0020]其中，所述步驟I)中短路電弧的產(chǎn)生條件為:電壓30?50V，電流300?600A。
[0021]其中，所述步驟I)中，可溶性有機(jī)碳源水溶液的質(zhì)量濃度為50?90%。
[0022]其中，所述步驟2)中，反應(yīng)產(chǎn)物在球磨機(jī)內(nèi)研磨3?5小時(shí)。
[0023]其中，所述步驟3)中，破碎分級(jí)得到的產(chǎn)物中值粒徑D5tl為2?4 μ m。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0025]本實(shí)用新型提出的設(shè)備，用于以金屬氧化物電弧氣化合成法制造Sn/C復(fù)合負(fù)極材料，設(shè)備成本低，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，與球磨或其它化學(xué)合成方法相比制造成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。設(shè)備中的直流電弧產(chǎn)生裝置可采用現(xiàn)有設(shè)備改裝，節(jié)約了設(shè)備投資。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極的設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2為實(shí)施例1制得產(chǎn)物的XRD圖。
[0028]圖中，I為電弧反應(yīng)箱體，2為金屬錫棒,3為錫棒導(dǎo)電夾具,4為壓縮空氣管,5為溶液流量調(diào)節(jié)閥，6為液體容器，7為壓力式噴霧頭，8為冷卻室，9為反應(yīng)室。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過最佳實(shí)施例來說明本實(shí)用新型。本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)知的是，實(shí)施例只用來說明本實(shí)用新型而不是用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0030]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過管道間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]參見圖1，制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極的使用的設(shè)備，包括直流電弧產(chǎn)生裝置、電弧反應(yīng)箱體、液體容器6、壓力式噴霧頭7、用于產(chǎn)物收集的冷卻室8 ；
[0033]所述直流電弧產(chǎn)生裝置的兩根輸出線上各設(shè)置一個(gè)錫棒導(dǎo)電夾具3 ;所述直流電弧產(chǎn)生裝置罩在電弧反應(yīng)箱體I中，箱體為圓柱形，電弧反應(yīng)箱體I上方通過連接有的反應(yīng)室9(形狀是彎曲成弧形的圓柱體)和圓柱體形狀的冷卻室8，反應(yīng)室9和冷卻室的直徑比為1: 3。直流電弧產(chǎn)生裝置的輸入端電纜上裝有一臺(tái)三相10kW的自耦調(diào)壓器。在制備負(fù)極材料時(shí)，在錫棒導(dǎo)電夾具3上固定金屬錫棒2。
[0034]液體容器6位于直流電弧產(chǎn)生裝置的上方，容器下部有溶液出口，溶液出口裝有溶液流量調(diào)節(jié)閥5，溶液出口連接的管路上設(shè)置有壓縮空氣管4，溶液出口連接的管路出口端為壓力式噴霧頭7，壓力式噴霧頭7出口位于弧形反應(yīng)室9的側(cè)壁上；弧形反應(yīng)室連接有圓管形狀的用于產(chǎn)物收集的冷卻室8。
[0035]其中，所述壓力式噴霧頭為1/8英寸的J型可調(diào)型廣角圓形噴霧頭。
[0036]制備:
[0037]用直流電焊機(jī)的輸出端夾具夾緊兩根Φ6πιπι，長(zhǎng)度為400mm的錫棒，調(diào)整直流電焊機(jī)的空載電壓為45V，起弧電流400A，配制濃度為80% wt的葡萄糖水溶液4L加入至液體容器6中。
[0038]采用GA-64靜音無油空壓機(jī)，功率2.4KW，排氣量472L/min，同時(shí)開啟錫棒起弧和噴霧頭，使氣化的錫與噴出的葡萄糖水溶液的液霧接觸反應(yīng)，控制噴霧速度，使氣化的錫質(zhì)量與噴出的葡萄糖水溶液中計(jì)量碳的質(zhì)量比Sn: C=I: 0.02?0.03。
[0039]獲得的產(chǎn)物在球磨機(jī)里面磨I小時(shí)，取出后置入管式爐內(nèi)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下1200°C焙燒4小時(shí)，冷卻后破碎分級(jí)得到Sn/C復(fù)合材料。
[0040]化學(xué)分析表明產(chǎn)物為錫和碳的混合物，錫碳質(zhì)量比為Sn: C=I: 0.02。XRD分析所得產(chǎn)物的衍射圖譜如圖2所示，只有錫的衍射峰，表明產(chǎn)物中碳為無定形碳。激光粒度儀分析產(chǎn)物粒子D5tl = 3.6 μ m。
[0041]將上述Sn/C復(fù)合材料加3wt%的乙炔黑導(dǎo)電劑，7被％的PVDF粘結(jié)劑攪拌均勻制成漿料，然后均勻涂覆在銅箔上，經(jīng)80°C烘干壓實(shí)后沖制成圓形極片，以金屬鋰圓片為對(duì)電極制成扣式模擬半電池進(jìn)行充放電測(cè)試，電流密度為30mA/g進(jìn)行充放電，充放電電壓區(qū)間為0.005?2.0V，可逆容量為692mAh/g，100周循環(huán)后容量保持率為90%。
[0042]以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備鋰離子電池用錫碳負(fù)極材料的設(shè)備，其特征在于，包括直流電弧產(chǎn)生裝置、電弧反應(yīng)箱體、液體容器、壓力式噴霧頭、用于產(chǎn)物收集的冷卻室； 所述直流電弧產(chǎn)生裝置的兩根輸出線上各設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電的錫棒夾具；所述直流電弧產(chǎn)生裝置罩在電弧反應(yīng)箱體中，電弧反應(yīng)箱體上方連接有弧形的反應(yīng)室； 所述液體容器位于直流電弧產(chǎn)生裝置的上方，液體容器下部有溶液出口，溶液出口連接的管路上設(shè)置有壓縮空氣進(jìn)口，所述溶液出口連接的管路出口端為壓力式噴霧頭，壓力式噴霧頭出口位于所述弧形反應(yīng)室的側(cè)壁上； 所述弧形反應(yīng)室連接有圓管形狀的用于產(chǎn)物收集的冷卻室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)室形狀是彎曲成弧形的圓柱體，反應(yīng)室和冷卻室的直徑比為1: 2?3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓力式噴霧頭為1/8英寸的J型可調(diào)型廣角圓形噴霧頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的設(shè)備，其特征在于，所述直流電弧產(chǎn)生裝置的輸入端電纜上裝有一臺(tái)三相10kW的自耦調(diào)壓器。
【文檔編號(hào)】H01M4/36GK203941969SQ201420366228
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】李錫力, 葉尚云, 張平偉 申請(qǐng)人:北京圣比和科技有限公司