[发明专利]锂离子电池锡钴合金负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料的制备方法，特别涉及锂离子电池锡钴合金负极材料的制备方法。

背景技术

随着能源危机的加剧和人们环保意识的逐步加强，储能材料特别是锂电池由于电压高，能量密度大，无记忆效应，使用寿命长和自放电率低等优点成为了人们关注的话题，并广泛应用。虽然作为锂离子电池的负极材料很多，但由于碳材料电化学性能优越成为了主要采取的材料，但是该材料的储锂容量低，基本上接近了理论容量，由此寻找一种新型优越的负极材料以提高锂离子电池的各项性能成为了锂离子电池研究的重点。

锡与锂能够很好可逆地进行合金化与去合金化反应，具有良好地脱嵌锂的性能，而且相对于碳类负极材料来说，具有较高的质量比能量与体积比能量，加工性能好，导电性能优越，而且对环境的敏感程度没有那么明显，拥有快速充放电效率以及防止溶剂的共嵌入等。但是在经过多次地脱嵌锂后，由于体积变化不一，导致主体材料机械分裂，降低电池的充放电效率，最终使电极失效。所以必须寻找一种元素作为缓冲元素，与锡形成合金，通过减少体积的变化，延长电极的使用寿命。锡钴合金由于能提高电极的各项性能成为了研究的热门。

负载锡钴合金的基体主要有镀镍钢带，铜带以及泡沫镍。镀镍钢带由于电阻 大，使得电池的输出电压低，电池组的个数多，致使安全性不高而成本高；铜带进行镀锡钴合金，由于孔隙率低，电池容量小，难以达到高容量动力的需求；张大伟的锂离子电池锡钴合金薄膜电极电化学沉积制备方法(CN200810244780.9)提出了在泡沫镍上电沉积锡钴合金，但是泡沫镍强度低，无法连续生产，单片生产成本高质量不稳定，在用于电池极板的生产中易断裂，而且大电流的汇流性差，不适合大电流放电。

发明内容

本发明旨在提供一种可提高负极容量、循环性能和以及材料强度的锂离子电池锡钴合金负极材料的制备方法。

本发明通过以下方案实现。

以镍拉网为基材，在其上采用电沉积法镀覆锡钴合金以形成锡钴合金薄膜层；锡钴电沉积溶液组成为，可溶性钴盐30～60g/L；可溶性锡盐20～60g/L；K₄P₂O₇ 200～400g/L；硫脲：5～10g/L；pH：8～10。

优化的电沉积法的工艺条件为：以镍拉网为阴极，石墨或不锈钢为阳极，采用直流电源，电沉积时间为20～60min，温度为25～55℃，电流密度为1.5～5A/dm²。

为便于生产，所述可溶性钴盐为硫酸钴或氯化钴中的一种或两种。

为便于生产，所述可溶性锡盐为硫酸锡、氯化锡或锡酸钠中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的优势体现于：

1.本发明采用镍拉网代替镀镍钢带、铜带以及泡沫镍作为基材，不仅能够综合解决镀镍钢带输出电位低、铜带的低容量、膨胀大和泡沫镍的强度低问题；还能够有效降低镍的用量，节省成本，提高电池的导流面积，提供大的填充空间， 使得锂电池的放电电压高，电池组的个数少，提高了电池包的安全性。

2.本发明依据基材，通过试验，选择采用硫脲等添加剂，以替代现有专利或文献报道中的蛋氨酸、甘氨酸等相关氨基酸类物质。不仅使电位差相差很大的钴与锡在络合后相接近，能够同时析出形成合金，而且能够提高镀层的外观与光泽度，其中硫脲相对于蛋氨酸添加剂来说，价格便宜，可以通过改变硫脲的浓度来加速或者减缓电镀的速度，更加容易控制；相对于甘氨酸、盐酸羟氨等添加剂来说，硫脲中的硫能够提高阴极极化作用，细化镀层结晶组织，使得镀层更加平整和光亮，细致镀层。

3.本发明通过改变电流时间能够改变镀层厚度，从而改变电池的容量。

4.本发明工艺方法简单，得到的电池负极的强度高，电池容量大，充放电率高和循环寿命长。

附图说明

图1：本发明的负极材料抗拉强度与以泡沫镍为基材制得的负极材料的抗拉强度对比；

图2：本发明的负极材料延伸率与以钢带为基材制得的负极材料的延伸率对比；

图3：本发明的负极材料制得的电池容量与以铜带基材制得的负极材的电池容量对比。

具体实施方式

实施例1

1.配制锡钴合金电沉积用溶液：

a.准确称取锡酸钠40g，加入200ml的烧杯中溶解；

b.准确称取硫酸钴40g，在烧杯中加入200ml水溶解；