[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210149585.4
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102664249A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 王彪;馬文靜;黃智恒
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/134;C22C13/00;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林名欽

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技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代電子科技的發展，各類便攜式電子設備已經廣泛應用在人們的日常生活中，如移動電話，筆記本電腦，數碼相機等。鋰離子電池具有的小體積，大容量，無污染，循環次數多等優點，逐漸成為了市場上便攜式電子設備的主流能量存儲設備。然而，隨著近年來新能源汽車與高性能電子產品的開發與應用，人們對于鋰離子電池的性能提出了更高的要求。開發新一代的高性能的鋰離子電池材料，已成為科研工作者亟需解決的問題。

錫基合金由于高理論容量（能夠形成Li₂₂Sn₅，理論容量994mAh/g），較好的導電性能，成為最受關注的鋰電池負極材料。但是，由于鋰與錫形成合金的過程中體積變化非常巨大，而金屬本身的宏觀機械性能無法抵抗因此而產生的應力，反復充放電后，會導致材料的粉末化而失效。為了提高錫基負極材料的循環穩定性能，人們提出在負極材料中引入惰性材料，在充放電過程中起緩沖作用，抵抗反復充放電過程中由體積變化所產生的應力。此外采用納米結構負極材料也是一種提高鋰離子電池性能的有效途徑。納米材料由于其納米級空穴與通道，可提高鋰離子的嵌入量，納米合金材料的離子擴散路徑短，表面積大，晶界區域大大增加，在動力學上具有明顯優勢；對于充放電過程中有體積變化的電極，納米材料本身絕對體積變化較小，并且具有較好的塑性和蠕變行。因而相對常規負極材料，其循環性能明顯改善。

2005年Shin?(Adv.?Funct.?Mater.?2005,?15?(4),?582-586)等報導了電沉積法制備的三維多孔Cu₆Sn₅合金納米材料，30次循環后，其性能仍能夠達到400mAh/g。Wolfenstine?等人（J.?Power?Sources,?2002,?109?(1),?230-233）利用化學還原法制備了納米尺寸（<100nm）Cu₆Sn₅，經過100次循環后仍有較高的可逆循環容量。可以看出錫基負極材料中引入惰性材料—銅，可以有效的提高材料的循環性能。此外，Park?等（Nano?Lett.?2009,?9?(11),?3844-3847）利用多孔氧化鋁模板法合成的硅納米管得到了3247mAh/g的可逆循環電容量，而且其衰減量非常小，在200圈循環后，仍可達到2500mAh/g以上的可逆電容量。可見一維管狀納米結構的鋰電池負極材料在循環性能上的優異的特性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高比容量，性能穩定的鋰離子電池負極材料及其制備方法。

本發明的鋰離子電池負極材料，是一種具有納米管結構的Cu₆Sn₅合金。本發明提供的Cu₆Sn₅納米管，是采用具有納米級孔道的氧化鋁膜—多孔氧化鋁為模板，通過電化學沉積的方式，在模板中沉積Cu₆Sn₅合金，再將模板腐蝕去而獲得的材料。

本發明的納米管結構的Cu₆Sn₅負極材料的制備方法，其具體步驟如下：

a.?首先依次用去離子水，丙酮超聲清洗多孔氧化鋁膜?(孔徑為100~200nm，厚度為60μm)，空氣下晾干后，利用離子濺射對氧化鋁膜單面鍍金，濺射電流為10mA，時間為15~30min。再將氧化鋁膜放置在平整的電極上，其中鍍金一面與電極接觸，用不與溶液反應的絕緣的粘結劑（如玻璃膠，環氧樹脂膠等）將鍍金的多孔氧化鋁膜固定在電極上，再利用絕緣膠對非沉積部位進行絕緣處理。

b.?然后，配制具有銅錫離子的電解液,?通過對電解液的中銅錫離子比例來控制電沉積產物的成分為Cu₆Sn₅合金。

c.?將制備好的電極浸泡在電解液中進行電沉積，通過對電解液配比的調控來控制電沉積產物的成分為Cu₆Sn₅合金，在多孔氧化鋁模板中沉積Cu₆Sn₅納米管。

d.在陰極電流（50μA/cm²）保護下，將上述步驟制備得到的材料浸泡在1~2mol?NaOH中40~60min，將多孔氧化鋁模板腐蝕，得到具有納米管結構的Cu₆Sn₅合金。