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专利号: 2010102167881
申请人: 重庆大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料,其特征在于所述材料的组分及其质量百分数为:负极活性物质                                                    (70-95)%纳米硅或锡                                                      (1-20)%高分子聚合物                                                    (4-10)%其中:负极活性物质为炭材料或过渡金属氧化物或锡基或硅基氧化物,其平均粒径为0.1~30微米;所述炭材料为天然石墨,或者人工石墨,或者沥青焦,或者无定形碳;所述过渡金属氧化物为LiTi2O4,或者Li4Ti5O12;所述锡基氧化物为SnO,或者SnO2;所述硅基氧化物为SiO,或者SiO2;

所述纳米硅或锡的平均粒径为10-60nm,纯度为99%;

所述高分子聚合物为煤焦油沥青、或者石油沥青、或者酚醛树脂、或者聚吡咯。

2.按照权利要求1所述的锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料,其特征在于所述材料的组分及其质量百分数为:负极活性物质                                                    90%纳米硅                                                          5%高分子聚合物                                                    5%其中:负极活性物质为天然石墨炭材料,平均粒径为23微米;所述纳米硅的平均粒径为50nm,纯度为99%;所述高分子聚合物为酚醛树脂。

3.按照权利要求1所述的锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料,其特征在于所述材料的组分及其质量百分数为:负极活性物质                                                    70%纳米锡                                                          20%高分子聚合物                                                    10%其中:所述负极活性物质为Li4Ti5O12过渡金属氧化物,平均粒径为2微米;所述纳米锡的平均粒径为50nm,纯度为99%;所述高分子聚合物为聚吡咯。

4.按照权利要求1所述的锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料,其特征在于所述材料的组分及其质量百分数为:负极活性物质                                                    95%纳米锡                                                          1%高分子聚合物                                                    4%其中:所述负极活性物质为SnO锡基氧化物,平均粒径为1微米;所述纳米锡的平均粒径为60nm,纯度为99%;所述高分子聚合物为酚醛树脂。

5.一种锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法,其特征在于其具体方法步骤如下:(1)制备混合溶液

首先按照负极活性物质∶纳米硅或锡∶高分子聚合物的质量比为(70-95)%∶(1-20)%∶(4-10)%的配比备物料,再将负极活性物质和纳米硅或锡及一半重量的高分子聚合物混合加入在有机溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为0.1~10g/ml混合溶液;

其中:所述的负极活性物质为炭材料或过渡金属氧化物或锡基或硅基氧化物,其平均粒径为0.1-30微米;所述炭材料为天然石墨,或者人工石墨,或者沥青焦,或者无定形碳;所述过渡金属氧化物为LiTi2O4,或者Li4Ti5O12;所述锡基或硅基氧化物为SnO,或者SnO2,或者SiO,或者SiO2;

所述纳米硅或锡的平均粒径为10-60nm,纯度为99%;

所述高分子聚合物为煤焦油沥青、或者石油沥青、或者酚醛聚合物、或者聚吡咯;

所述有机溶剂为无水乙醇、或者丙酮、或者甲苯、或者吡啶。

(2)去除有机溶剂

第(1)步完成后,首先采用喷雾干燥法或者旋转蒸发法,除掉第(1)步制备出的混合溶液中的有机溶剂:当采用喷雾干燥法时,将第(1)步制备出的混合液在放置在喷雾干燥器内,在温度为60~80℃的条件下进行喷雾干燥,直至除掉有机溶剂为止;当采用旋转蒸发法时,将第(1)步制备出的混合液放置在旋转蒸发器内、在温度为70~90℃的条件下进行旋转蒸发,直至除掉有机溶剂为止,然后将去除有机溶剂的固体物置于恒温干燥器内,在温度为80-120℃进行恒温干燥2-4小时,制备出去除有机溶剂并干燥的固体物;

(3)表面包覆高分子聚合物

第(2)步完成后,将第(2)步制备出的去除有机溶剂并干燥后的固体物,与第(1)步剩余的另一半重量的高分子聚合物混合后,加入到有机溶剂中,搅拌均匀,制成浓度为0.1~10g/m表面包覆高分子聚合物的混合溶液;

所述有机溶剂为无水乙醇、或者丙酮、或者甲苯、或者吡啶;

(4)再次去除有机溶剂

第(3)步完成后,对第(3)步制备出的表面包覆高分子聚合物的混合溶液,再重复第(2)步,再次去除有机溶剂,并干燥,制备出除去有机溶剂并干燥的表面包覆高分子聚合物的固体物;

(5)高温炭化处理

第(4)步完成后,将第(4)步制得的除去有机溶剂并干燥的表面包覆高分子聚合物的固体物,放置于高温气氛炉中,先通入惰性气体,在惰性气体中、在温度800~1200℃下恒温加热4~8小时,然后停止加热并切断气源,就制备出含纳米硅或锡的复合负极材料成品;

所述惰性气体为高纯氮气、或氦气、或氩气。

6.按照权利要求5所述的锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法的具体步骤,其特征在于:第(1)步中,天然石墨负极活性物质∶纳米硅∶酚醛树脂高分子聚合物的质量配比为90∶5∶5,将天然石墨负极活性物质、纳米硅和一半重量的酚醛树脂高分子聚合物加入到乙醇溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为1g/ml的混合溶液;

第(2)步中,在旋转蒸发器的温度为70℃;恒温干燥器内的温度为100℃干燥4小时。

第(3)步中,将第(2)步得到的表面包覆纳米硅、酚醛树脂高分子聚合物的固体物,与第(1)步剩下的另一半酚醛树脂高分子聚合物混合后,加入到乙醇溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为1g/ml混合溶液;

第(5)步中,在高温气氛炉中,先通入高纯氮气气体,在惰性气氛中、在温度900℃下恒温加热4小时。

7.按照权利要求5所述的锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法的具体步骤,其特征在于:第(1)步中,无定形碳负极活性物质∶纳米硅∶煤焦油沥青高分子聚合物的质量配比为92∶4∶4,将无定形碳负极活性物质、纳米硅和一半重量的煤焦油沥青高分子聚合物加入到甲苯溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为1g/ml的混合溶液;

第(2)步中,在喷雾干燥器内的温度为60℃;恒温干燥器内的温度为80℃干燥4小时。

第(3)步中,将第(2)步得到的表面包覆纳米硅、煤焦油沥青高分子聚合物的固体物,与第(1)步剩下的另一半煤焦油沥青高分子聚合物混合后,加入到有机甲苯溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为1g/ml混合溶液;

第(5)步中,在高温气氛炉中,先通入高纯氮气气体,在惰性气氛中、在温度1200℃下恒温加热4小时。

8.按照权利要求5所述的锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法的具体步骤,其特征在于:第(1)步中,SnO2负极活性物质∶纳米锡∶酚醛树脂高分子聚合物的质量配比为95∶1∶4,将SnO2负极活性物质、纳米锡和一半重量的酚醛树脂高分子聚合物加入到丙酮溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为0.1g/ml的混合溶液;

第(2)步中,在旋转蒸发器内的温度为90℃;恒温干燥器内的温度为110℃干燥3小时。

第(3)步中,将第(2)步得到的表面包覆纳米锡、酚醛树脂高分子聚合物的固体物,与第(1)步剩下的另一半酚醛树脂高分子聚合物混合后,加入到有机丙酮溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为0.1g/ml混合溶液;

第(5)步中,在高温气氛炉中,先通入高纯氮气,在惰性气氛中、在温度1000℃下恒温加热4小时。

9.按照权利要求5所述的锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法的具体步骤,其特征在于:第(1)步中,Li4Ti5O12负极活性物质∶纳米锡∶聚吡咯高分子聚合物的质量配比为70∶20∶10,将Li4Ti5O12负极活性物质、纳米锡和一半重量的聚吡咯高分子聚合物加入到吡啶溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为5g/ml的混合溶液;

第(2)步中,在旋转蒸发器内的温度为70℃;恒温干燥器内的温度为90℃干燥4小时。

第(3)步中,将第(2)步得到的表面包覆纳米锡、聚吡咯高分子聚合物的固体物,与第(1)步剩下的另一半聚吡咯高分子聚合物混合后,加入到有机吡啶溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为5g/ml混合溶液;

第(5)步中,在高温气氛炉中,先通入高纯氦气,在惰性气氛中、在温度900℃下恒温加热5小时。

10.按照权利要求5所述的锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法的具体步骤,其特征在于:第(1)步中,SnO负极活性物质∶纳米锡∶酚醛树脂高分子聚合物的质量配比为95∶1∶4,将SnO负极活性物质、纳米锡和一半重量的酚醛树脂高分子聚合物加入到乙醇溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为5g/ml的混合溶液;

第(2)步中,在喷雾干燥器内的温度为90℃;恒温干燥器内的温度为120℃干燥2小时。

第(3)步中,将第(2)步得到的表面包覆纳米锡、酚醛树脂高分子聚合物的固体物,与第(1)步剩下的另一半酚醛树脂高分子聚合物混合后,加入到乙醇溶剂中,搅拌均匀后制成浓度为5g/ml混合溶液;

第(5)步中,在高温气氛炉中,先通入高纯氮气,在惰性气氛中、在温度1000℃下恒温加热5小时。