专利名称：一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料及其制备的制作方法
技术领域：
本发明属锂离子电池负极材料技术领域，特别是涉及一种铜锡锑三元合金负极材
料及其制备。
背景技术：
锂离子电池因具有高电压、大容量、长寿命和安全性能好等特点，使之从便携式电 子设备至电动汽车等多方面展示了应用前景。开发锂离子电池的关键之一是寻找合适的电 极材料，使电池具有足够高的锂嵌入量和很好的锂脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容 量和长寿命的要求。石墨因具有较高的电化学性能已在商业锂离子电池中得到应用，但是 石墨的理论比容量较低，只有372mAh/g，而且它的密度也比较小，此外，当充放电电位达到 OV或更低时，石墨电极上有锂沉积出来，存在安全隐患。所以研究开发质量比容量和体积比 容量都比较高、安全性能好的负极材料，是锂离子电池技术发展、特别是新型锂动力电池发 展的必然要求。 与传统的石墨负极材料相比，锡基合金贮锂材料具有高质量比容量和体积比容 量、安全可靠、资源广泛、原料价格便宜等优点，使其作为新一代锂动力电池负极材料方面 极具发展潜力。 近年来，人们对这类材料的研究主要集中在二元合金上，如Sn-Cu合金、Sn-Sb合 金、Sn-Ni合金等，而对锡基三元合金的研究甚少。由于三元合金体系具有多个活性/活性 和活性/非活性体系，这种结构理论上更能有效地缓冲材料嵌脱锂时体积的变化和阻止活 性成分的团聚，从而提高锡基材料的贮锂性能。本发明采用简单的方法制备纳米到微米级 铜锡锑Cu6Sn5Sb5三元合金复合负极材料，具有高容量、循环性能好等优点，对促进锡基合金 负极材料在锂离子电池中的实际应用具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料及 其制备方法，制备工艺简单，成本低，得到的Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料贮锂容量高，循环 性能好。 本发明的一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料，该合金材料中铜锡锑摩尔组
分含量满足Cu : Sn : sb = 6 : 5 : 5。 本发明提供一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料的制备方法，该方法包括如
下步骤配制锡、锑、铜的盐溶液，按cu : sn : sb:=6 : 5 : 5的摩尔比混合均匀，加入 稳定剂，然后边搅拌边往溶液中逐滴加入强还原剂溶液，反应完成后将沉淀过滤，用乙醇和
去离子水洗涤干净并真空干燥，得到纳米级Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料。 所述的稳定剂为C6H5Na307 2H20， C6H5Na307 2H20与锡的摩尔比为5-50 : 1。 所述的强还原剂为NaBH4或LiAlH4。 有益效果
本发明提供了一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料及其制备方法，该方法制 备工艺简单，成本低，合成的铜锡锑Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料粉体颗粒均匀，颗粒尺寸为 纳米级，贮锂容量高，循环性能好。
图1为实施例1合成的铜锡锑三元合金负极材料的XRD图。 图2为实施例1合成的铜锡锑三元合金负极材料的TEM照片。颗粒尺寸为 15-30nm。 图3为实施例1合成的铜锡锑三元合金负极材料的前三十周的循环容量曲线。a 为放电电流为50mA/g，充放电电压范围为1.5V到OV(vs. Li)前三十周的循环容量曲线，b 为充放电电流为50mA/g，充放电电压范围为0. 9V到OV(vs. Li)前三十周的充电容量曲线。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 实施例1称取适量的CuCl2 2H20、 SnCl2 2H20、 SbCl3和C6H5Na307 2H20，分别配制成溶液，
所用的药品均为分析纯。将溶液按cu : sn : sb : c6H5Na3o7 = 6 :5:5: 16的摩尔比
混合均匀，混合溶液中CuCl2的浓度为0. 12mol/l， SnCl2的浓度为0. lmol/l， SbCl3的浓度 为0. lmol/l， C6H5Na307的浓度为0. 32mol/l。然后往混合溶液中逐滴加入足量的NaBH4溶 液(pH= 12)，并不停地搅拌，反应完成后，将沉淀过滤，用乙醇和去离子水洗涤干净。将产 物置于真空烘箱中充分干燥，得到颗粒尺寸为15-30nm的铜锡锑三元合金复合材料。
将合成的材料与乙炔黑、聚四氟乙烯按约8 : 1 : l的质量比混合均匀，用压膜机 压制成厚度约为lmm的薄膜，置于烘箱中于12(TC充分烘干，截取表面积为1cm2的圆形膜， 压制在不锈钢网上，制成研究电极。将研究电极置于实验模拟电池装置中，加入电解液，以 金属锂为对电极，模拟电池的装配在充满氩气的手套箱中进行。充放电电流为50mA/g，充放 电电压范围为1. 5V到OV(vs. Li)。在第一周循环过程中，放电容量为717mAh/g，可逆充电 容量为595mAh/g，循环30次后可逆容量为473mAh/g。当充放电电压范围为0. 9V到OV(vs. Li)、充放电电流为50mA/g时，第一周的充电容量为360mAh/g，经过30次充放电循环后，可 逆充电容量为344mAh/g。
实施例2称取适量的CuS04 5H20、 SnCl2 2H20、 SbCl3和C6H5Na307 2H20，分别配制成溶液，
所用的药品均为分析纯。将溶液按cu : Sn : sb : c6H5Na3o7 = 6 :5:5: 16的摩尔比
混合均匀，混合溶液中CuS04的浓度为0. 24mol/l， SnCl2的浓度为0. 2mol/l， SbCl3的浓度 为0. 2mol/l， C6H5Na307的浓度为0. 64mol/l。然后往混合溶液中逐滴加入足量的LiAlH4溶 液，并不停地搅拌，反应完成后，将沉淀过滤，用乙醇和去离子水洗涤干净。将产物置于真空 烘箱中充分干燥，得到颗粒尺寸为50-120nm的铜锡锑三元合金复合材料。
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将合成的材料与乙炔黑、聚四氟乙烯按约8 : i : i的质量比混合均匀，用压膜机
压制成厚度约为lmm的薄膜，置于烘箱中于12(TC充分烘干，截取表面积为lcm2的圆形膜， 压制在不锈钢网上，制成研究电极。将研究电极置于实验模拟电池装置中，加入电解液，以 金属锂为对电极，模拟电池的装配在充满氩气的手套箱中进行。充放电电流为50mA/g，充放 电电压范围为1. 5V到OV(vs. Li)。在第一周循环过程中，放电容量为711mAh/g，可逆充电 容量为583mAh/g，循环30次后可逆容量为453mAh/g。
权利要求
一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料，该合金材料中铜锡锑摩尔组分含量Cu∶Sn∶Sb＝6∶5∶5。
2. —种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料的制备，包括如下步骤配制锡、锑、铜的盐溶液，按cu : sn : sb : = 6 : 5 : 5的摩尔比混合均匀，加入稳定剂，然后边搅拌边往 混合溶液中逐滴加入强还原剂溶液，反应完成后将沉淀过滤，用乙醇和去离子水洗涤干净并真空干燥，得到纳米级Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料。
3. 根据权利要求2所述的一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料的制备，其特征在 于，所述的稳定剂为C6H5Na307 2H20， C6H5Na307 2H20与锡的摩尔比为5-50 : 1。
4. 根据权利要求2所述的一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料的制备，其特征在 于，所述的强还原剂为NaBH4或LiAlH4。
全文摘要
一种锂离子电池铜锡锑三元合金负极材料及其制备方法，先配制锡、锑和铜的盐溶液，按Cu∶Sn∶Sb＝6∶5∶5的摩尔比混合均匀，加入稳定剂，然后往混合溶液中加入强还原剂，制备纳米级铜锡锑Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料。本发明制备方法工艺简单，成本低，制备出的铜锡锑Cu6Sn5Sb5三元合金负极材料颗粒均匀、贮锂容量高、循环性能好。
文档编号H01M4/38GK101699643SQ20091019692
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者彭振博, 李爱元, 袁正勇, 陈亚东 申请人:宁波职业技术学院