[發(fā)明專利]納米晶二氧化錫鋰離子電池負(fù)極材料的低溫制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110101600.3
• 申請(qǐng)日: 2011-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN102229439A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷長(zhǎng)棟;麥永津;尤益輝;周俊平;涂江平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G19/02
• 分類號(hào): C01G19/02;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米晶結(jié)構(gòu)二氧化錫鋰離子電池負(fù)極材料的低溫制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子蓄電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛應(yīng)用，將被逐步開發(fā)為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源，從而推動(dòng)其向安全、環(huán)保、低成本及高比能量的方向發(fā)展。新型高能化學(xué)電源技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)電池材料提出了更高的要求，高能量密度、高功率密度、低成本、對(duì)環(huán)境友好的新型電池材料是現(xiàn)在和未來的研究重點(diǎn)。鋰離子電池的負(fù)極材料是提高鋰離子電池可逆容量與循環(huán)壽命的關(guān)鍵因素。目前，碳材料(包括石墨、軟碳和硬碳)是商品化的鋰離子電池的主要負(fù)極材料。但是碳材料的儲(chǔ)鋰能力較低(理論比容量為372?mAh/g)，限制了鋰離子電池容量的進(jìn)一步提高。SnO₂由于具有較高的儲(chǔ)鋰容量（781?mAh/g），是一種很有前景的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，這種材料在充放電過程中體積變化較大，并且會(huì)發(fā)生形成Li₂O的不可逆反應(yīng)，導(dǎo)致其較差的循環(huán)性能。研究表明，具有納米結(jié)構(gòu)的電極材料具有較高的比表面積，在充放電過程中鋰離子嵌入深度小，而且納米粒子之間存在較大的空間，這使得具有納米結(jié)構(gòu)的SnO₂粒子在充放電過程中可以減少體積變化的影響，從而使電極不容易破碎，提高電池的循環(huán)性能，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

水熱或溶劑熱等濕化學(xué)法通常被用來制備SnO₂的各種納米結(jié)構(gòu)，如納米粉體、納米線、納米空心球、納米管等。SnO₂的納米空心球和納米管結(jié)構(gòu)一般需要模板來協(xié)助其納米結(jié)構(gòu)的形成，使制備工藝變得繁瑣。而且濕化學(xué)法得到的前驅(qū)體反應(yīng)物一般要經(jīng)過較高溫度（>?400°C）的煅燒處理，才可以得到應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料的納米結(jié)構(gòu)SnO₂。因此，從生產(chǎn)工藝控制和節(jié)能環(huán)保方面考慮，尋求一種低溫簡(jiǎn)便的合成納米晶結(jié)構(gòu)SnO₂鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法對(duì)于高容量錫基負(fù)極材料有很大的推動(dòng)作用。

室溫離子液體是由特定有機(jī)陽離子和陰離子構(gòu)成的在室溫或接近室溫下呈液態(tài)的熔鹽體系，它具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性能，是一種真正的“綠色”溶劑。深共熔溶劑型離子液體[A.?P.?Abbott,?D.?Boothby,?G.?Capper,?D.?L.?Davies?and?R.?K.?Rasheed,?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2004,?126,?9142-9147]具有合成簡(jiǎn)單、廉價(jià)、純度高、應(yīng)用簡(jiǎn)便等特有優(yōu)點(diǎn)。此外，深共熔溶劑大多為可生物降解的有機(jī)物。因此，鑒于離子液體的眾多優(yōu)勢(shì)，以深共熔溶劑型離子液體作為溶劑，納米SnO₂鋰離子電池負(fù)極材料的低溫制備技術(shù)具有廣的應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米晶結(jié)構(gòu)二氧化錫鋰離子電池負(fù)極材料的低溫制備方法。

本發(fā)明的納米晶結(jié)構(gòu)二氧化錫鋰離子電池負(fù)極材料的低溫制備方法其步驟如下：

（1）將SnCl_2?·2H₂O溶解在氯化膽堿基深共熔溶劑中，攪拌均勻，配制成濃度為10.0~50.0?g/L的反應(yīng)溶液；

（2）攪拌下，在上述每升反應(yīng)溶液中以0.5~3?ml/min的速度加入20~60?ml水合肼，室溫下，反應(yīng)1~3?h后離心分離，依次用甲醇和去離子水清洗沉淀產(chǎn)物，然后在40~100°C下干燥，得到納米晶結(jié)構(gòu)二氧化錫鋰離子電池負(fù)極材料。

進(jìn)一步地，上述步驟（1）中的氯化膽堿基深共熔溶劑是氯化膽堿與乙二醇按摩爾比1：2混合液，或者是氯化膽堿與尿素按摩爾比1：2混合液。

本發(fā)明中采用氯化膽堿基深共熔溶劑型離子液體作為反應(yīng)溶劑，SnCl₂·2H₂O作為錫源，水合肼（N₂H₄·H₂O）作為還原劑。其反應(yīng)機(jī)理為N₂H₄·H₂O還原反應(yīng)體系中的Sn²⁺，在溶液中首先形成納米金屬Sn顆粒，由于納米Sn晶粒尺寸極小，具有較高的反應(yīng)活性，就會(huì)自發(fā)的轉(zhuǎn)變?yōu)镾nO₂。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：