本實(shí)用新型涉及一種合金材料，具體涉及一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)。屬于有色金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但是，隨著煤炭、石油和天然氣等礦物能源的存量銳減，人類社會(huì)面臨的資源枯竭壓力越來(lái)越大，因此，如何提高能源使用率和開發(fā)利用可再生能源已經(jīng)成為各國(guó)政府和科研人員的共同目標(biāo)。
電池是一種化學(xué)能和電能的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化裝置。其中，鋰離子電池因其具有電壓高、比能量高、充放電壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、工作溫度范圍寬、快速充電、自放電率低和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代通訊和便攜式電子產(chǎn)品等的理想化學(xué)電源。
目前商業(yè)化的鋰離子電池普遍采用石墨材料作為負(fù)極，它的理論比容量?jī)H為372mAh/g，且在快速充放電過(guò)程中存在石墨層剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致明顯的容量衰減。而且，在快速充放電過(guò)程中容易產(chǎn)生鋰枝晶現(xiàn)象，這些因素都嚴(yán)重制約了在動(dòng)力鋰離子電池中的應(yīng)用。因此，采用其他材料代替石墨負(fù)極是目前鋰離子電池的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，包括碳材料制備裝置和復(fù)合材料制備裝置兩部分，所述碳材料制備裝置包括依次連接的攪拌釜、碳化爐和石墨化爐，所述復(fù)合材料制備裝置包括依次連接的混料機(jī)、高能球磨機(jī)和放電等離子燒結(jié)機(jī)，其中，石墨化爐與混料機(jī)連接。
優(yōu)選的，所述混料機(jī)與高能球磨機(jī)之間還設(shè)有堿洗池。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述堿洗池的上方設(shè)有若干個(gè)噴淋頭，噴淋頭與氫氧化鈉溶液儲(chǔ)罐連接。
上述制備系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.5～0.8加入攪拌釜中，以20～25℃/min的速率升溫至450～550℃，攪拌4～5小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1600～1700℃保溫2～3小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐中，升溫至2500～2600℃保溫12～15小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：2～3：3～4于混料機(jī)中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)，研磨10～20小時(shí)，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)，在30～1000MPa和200～600℃條件下燒結(jié)5～8分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
優(yōu)選的，步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為10～15μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
優(yōu)選的，步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
優(yōu)選的，步驟(2)中研磨時(shí)充入氮?dú)獗Ｗo(hù)。
本實(shí)用新型的有益效果：
本實(shí)用新型將鋅銻合金與特殊處理后的碳材料復(fù)合在一起，制備得到的復(fù)合負(fù)極材料具有極佳的循環(huán)穩(wěn)定性，電學(xué)性能佳。本實(shí)用新型的制備系統(tǒng)包括依次連接的碳材料制備裝置和復(fù)合材料制備裝置兩部分，連續(xù)生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型的制備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1為碳材料制備裝置，2為復(fù)合材料制備裝置，11為攪拌釜，12為碳化爐，13為石墨化爐，21為混料機(jī)，22為堿洗池，23為高能球磨機(jī)，24為放電等離子燒結(jié)機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說(shuō)明的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本實(shí)用新型，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
實(shí)施例1：
如圖1所示，一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，包括碳材料制備裝置1和復(fù)合材料制備裝置2兩部分，碳材料制備裝置1包括依次連接的攪拌釜11、碳化爐12和石墨化爐13，復(fù)合材料制備裝置2包括依次連接的混料機(jī)21、高能球磨機(jī)23和放電等離子燒結(jié)機(jī)24，其中，石墨化爐13與混料機(jī)21連接。
混料機(jī)21與高能球磨機(jī)23之間還設(shè)有堿洗池22。堿洗池22的上方設(shè)有若干個(gè)噴淋頭，噴淋頭與氫氧化鈉溶液儲(chǔ)罐連接。
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.5加入攪拌釜11中，以20℃/min的速率升溫至450℃，攪拌4小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐12中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1600℃保溫2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐13中，升溫至2500℃保溫12小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：2：3于混料機(jī)21中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)23，研磨10小時(shí)(充入氮?dú)獗Ｗo(hù))，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)24，在30MPa和200℃條件下燒結(jié)5分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為10μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
實(shí)施例2：
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，同實(shí)施例1。
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.8加入攪拌釜11中，以25℃/min的速率升溫至550℃，攪拌5小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐12中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1700℃保溫3小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐13中，升溫至2600℃保溫15小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：3：4于混料機(jī)21中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)23，研磨20小時(shí)(充入氮?dú)獗Ｗo(hù))，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)24，在1000MPa和600℃條件下燒結(jié)8分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為15μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
實(shí)施例3：
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，同實(shí)施例1。
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.5加入攪拌釜11中，以25℃/min的速率升溫至450℃，攪拌5小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐12中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1600℃保溫3小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐13中，升溫至2500℃保溫15小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：2：4于混料機(jī)21中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)23，研磨10小時(shí)(充入氮?dú)獗Ｗo(hù))，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)24，在1000MPa和200℃條件下燒結(jié)8分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為10μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
實(shí)施例4：
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，同實(shí)施例1。
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.8加入攪拌釜11中，以20℃/min的速率升溫至550℃，攪拌4小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐12中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1700℃保溫2小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐13中，升溫至2600℃保溫12小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：3：3于混料機(jī)21中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)23，研磨20小時(shí)(充入氮?dú)獗Ｗo(hù))，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)24，在30MPa和600℃條件下燒結(jié)5分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為15μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
實(shí)施例5：
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備系統(tǒng)，同實(shí)施例1。
一種鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：
(1)將石墨粉和環(huán)氧樹脂粉按照質(zhì)量比1：0.7加入攪拌釜11中，以22℃/min的速率升溫至500℃，攪拌4.5小時(shí)；轉(zhuǎn)移至碳化爐12中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1650℃保溫2.5小時(shí)，轉(zhuǎn)移至石墨化爐13中，升溫至2550℃保溫13小時(shí)，得到碳材料；
(2)將步驟(1)所得碳材料與鋅粉、銻粉按照摩爾比1：2.5：3.5于混料機(jī)21中混合均勻，轉(zhuǎn)移至高能球磨機(jī)23，研磨15小時(shí)(充入氮?dú)獗Ｗo(hù))，轉(zhuǎn)移至放電等離子燒結(jié)機(jī)24，在500MPa和400℃條件下燒結(jié)7分鐘，即得鋅銻合金復(fù)合負(fù)極材料。
步驟(1)中，石墨粉的平均粒徑為12μm，環(huán)氧樹脂粉的平均粒徑≤5μm。
步驟(2)中，碳材料、鋅粉和銻粉混合均勻后，使用23w.t.％的氫氧化鈉溶液進(jìn)行充分洗滌。
試驗(yàn)例
將實(shí)施例1～5所得的復(fù)合負(fù)極材料均勻涂覆于銅箔上制成電極，采用金屬鈉片為正極，電解液為1mol/L的NaClO4/EC-DMC(體積比為1：1)，聚丙烯微孔薄膜(Celgard 2300)為隔膜，組裝成鈉離子半電池，測(cè)試循環(huán)穩(wěn)定性，即在0.1C倍率下，0.01～1.8V電壓范圍內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)50次循環(huán)后比容量，結(jié)果見表1。
表1.循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果
由表1可得出結(jié)論，本實(shí)用新型的復(fù)合負(fù)極材料具有極佳的循環(huán)穩(wěn)定性。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。