[發明專利]一種鋰離子電池負極用錫碳復合納米材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110321223.4
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102412391A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 杜寧;吳平;楊德仁;張輝;劉杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 周麗娟

技術領域

本發明屬于材料科學領域，具體涉及一種鋰離子電池負極用錫碳復合納米材料的制備方法。

背景技術

由于具有比較高的理論容量，錫基負極材料(金屬錫、錫基氧化物、錫基硫化物和錫基合金)被認為是理想的商用石墨類碳材料的替代物之一，從而滿足下一代高容量鋰離子電池的需求。相比于錫基氧化物和硫化物等負極材料，金屬錫具有更高的首次充放電效率，因而被認為是最有前途的錫基負極材料之一。然而在充放電過程中金屬錫會發生巨大的體積變化，導致電極材料發生粉化，容量會急劇下降，因而限制了其在商業化鋰離子電池上的應用。

現在越來越多的工作集中于設計新型的基于金屬錫的復合電極材料。其中，錫與碳的復合納米材料能夠有效緩解金屬錫在循環過程中的體積變化，從而倍受關注。目前，在制備錫與碳復合納米材料的過程中，經常會用到有毒的有機錫的原料和特殊的反應設備，反應條件比較苛刻，并且步驟繁瑣，產量低，因而限制了錫碳復合納米材料的大量生產和在商業化鋰離子電池負極材料中的應用。

發明內容

本發明提供了一種鋰離子電池負極用錫碳復合納米材料的制備方法，通過溶劑熱反應結合后續的熱處理過程合成錫碳復合納米材料，方法簡單可控，可大批量生產。

一種鋰離子電池負極用錫碳復合納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將質量比為1∶100～1的納米錫前驅體和糖類加入到有機溶劑中，超聲分散1～30分鐘，制得混合溶液；其中，所述的糖類為葡萄糖或蔗糖，所述的有機溶劑為乙醇、乙二醇中至少一種；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液轉移到水熱反應釜中，升溫至160～200℃，保溫30～720分鐘，降至室溫，離心分離并干燥；

(3)將步驟(2)得到的產物在氮氣氣氛中進行熱處理，熱處理溫度為400～600℃，保溫30～300分鐘，得到錫碳復合納米材料。

優選的技術方案中，所述的納米錫前驅體為錫納米顆粒、錫納米球或錫納米棒。

優選的技術方案中，步驟(1)的混合溶液中，所述糖類的濃度為0.1～100克/升。

本發明中，以納米錫前驅體作為模板，在溶劑熱反應中，由葡萄糖或蔗糖提供碳源，在納米錫前驅體的表面均勻沉積一層厚度可控的碳層，最終形成錫碳復合納米材料。

相對于現有技術，本發明具有以下有益的技術效果：

(1)本發明采用納米錫前驅體作為模板，通過簡單的溶劑熱碳化過程合成錫碳復合納米材料，簡化了工藝步驟，降低了成本，可大批量生產；

(2)本發明采用的溶劑熱過程能夠有效的抑制金屬錫的氧化，從而可以獲得高純度的錫碳復合納米材料；

(3)本發明方法中錫與碳的比例可控，有利于后續的對錫碳復合納米材料的鋰離子電池的性能的深入研究。

附圖說明

圖1為實施例1制得的錫碳復合納米材料的透射電鏡照片；

圖2為透射電子顯微鏡的電子能量損失譜得出的實施例1制得的錫碳復合納米材料的元素分布圖；

圖3為實施例1制得的錫碳復合納米材料的高分辨透射電鏡照片；

圖4為實施例1制得的錫碳復合納米材料的X射線衍射圖譜；

圖5為實施例1制得的錫碳復合納米材料的電化學性能圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖來詳細說明本發明，但本發明并不僅限于此。

實施例1：

(1)將50毫克錫納米棒和400毫克葡萄糖加入到40毫升乙醇溶液中，并超聲5分鐘。

(2)將步驟(1)得到的混合溶液轉移到50毫升水熱反應釜中，升溫至180℃，保溫180分鐘，降至室溫，離心分離并干燥。

(3)將步驟(2)得到的產物在氮氣氣氛中進行熱處理，熱處理溫度為500℃，保溫180分鐘，得到最終產物，為錫碳復合納米材料。

圖1、圖2、圖3和圖4分別是由本實施例合成的錫碳復合納米材料的透射電鏡照片、元素分布圖、高分辨透射電鏡照片和X射線衍射圖譜。