[發明專利]錫碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池

無效

• 申請號: 201210347187.3
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102832374A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 朱廣燕;焦方方;陳效華
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種錫碳復合材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池。

背景技術

目前，生產使用的鋰離子電池主要采用石墨化碳作為負極材料，但該負極材料的儲鋰容量不高，理論比容量不高(約372mAh/g)。因此，開發新型的高容量和高倍率負極材料具有很高的研究和利用價值。在對負極材料的研究中，發現如Sn、Si、Al、Sb等可與鋰形成合金的金屬或合金材料具有遠遠大于石墨的理論容量，引起了電池材料界的廣泛關注。但該類材料具有很大的體積效應，導致在充放電過程中材料的粉化脫落，降低了電池的效率和循環性能。

Sn基負極材料由于具有很高的理論克比容量、低的嵌鋰電位，較其他金屬基材料有更高的穩定性而備受矚目。但Sn基材料與其他金屬基材料一樣，在脫嵌鋰的過程中，存在著嚴重的體積效應，造成嚴重的安全隱患。M.Y.Ma等人采用均勻沉淀法制備的SnO₂-石墨復合材料具有較高的首次嵌鋰容量，但首次庫侖效率較低，容量衰減也比較快，這種方法也不能很好的解決Sn基材料在脫嵌鋰過程中的體積效應(The?Chinese?Journal?of?Nonferrous?Metals，Vol.15?No.5(2005)：793-798)。王勇等人采用了原位合成法制備了一種錫-碳/核-殼結構的納米粒子填充碳納米管的錫碳復合材料，該材料的首次嵌鋰容量達到了700mAh/g，循環性能有所提高，但材料制備工藝復雜，且難以控制，原料成本也較貴，難以達到實用化要求(王勇、焦正、吳明紅等，一種制備錫-碳/核-殼結構的納米粒子完全填充碳納米管復合負極材料的原位合成方法，中國專利申請號：200910048318.6)。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術方法制得的錫碳復合材料和由其制備的鋰離子電池的工藝復雜、成本高或比容量低、循環性能差、首次庫侖效率較低的問題，提供一種錫碳復合材料的制備方法。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是一種錫碳復合材料的制備方法，包括：

1)將錫鹽溶液和膨脹石墨混合獲得錫碳懸浮液；

2)用還原劑還原錫碳懸浮液中的錫。

本發明的技術方案引入了一種新的彈性基體-膨脹石墨，通過在溶液中原位還原制備得到了均勻分散在膨脹石墨中的含錫膨脹石墨材料。由于膨脹石墨在常溫下也具有彈性和壓縮性，可抵消充放電過程中負極體積的變化維持原有結構不被破壞，有效抑制錫的體積效應，延長了負極材料的循環壽命。另外，膨脹石墨還具有吸附性，且具有疏松多孔的結構，在原位還原過程中產生的納米級錫顆粒有可能進入其孔洞中，從而有效的限制了充放電過程中的體積效應。

優選的是，所述的錫鹽溶液為SnCl₂溶液、SnCl₄溶液、SnSO₄溶液中的一種或幾種。

優選的是，所述的錫鹽溶液中錫的物質的量濃度為1mol/L-4mol/L。

優選的是，所述的錫碳懸浮液中膨脹石墨的質量百分比為10%-50%。

優選的是，所述的還原劑為硼氫化鈉溶液。

優選的是，所述的將錫鹽溶液和膨脹石墨混合獲得錫碳懸浮液的步驟包括：將膨脹石墨在攪拌下加入到錫鹽溶液中。

優選的是，所述的用還原劑還原錫碳懸浮液中的錫的步驟包括：在攪拌下，將質量百分比為2%的硼氫化鈉的乙醇溶液緩慢滴加到所述的錫碳懸浮液中，其中硼氫化鈉與錫的物質的量之比為2-3。

優選的是，還包括：在所述用還原劑還原錫碳懸浮液中的錫的步驟之后，將還原后的錫碳懸浮液進行過濾、洗滌，并在80℃-100℃下干燥處理。

本發明的技術方案工藝簡單、成本低、易于產業化。

本發明通過選取適當的工藝參數獲得了性能優良的錫碳復合材料，從而使該材料和由其制備的鋰離子電池的工藝簡單、成本低、比容量高、首次庫侖效率高且循環性能優良。

本發明所要解決的技術問題還包括，針對現有的錫碳復合材料工藝復雜、成本高或比容量低、循環性能差、首次庫侖效率較低的問題，提供一種工藝簡單、成本低、比容量高、首次庫侖效率高且循環性能優良的錫碳復合材料。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是一種錫碳復合材料，其是通過上述方法制備的。

由于本發明的錫碳復合材料是通過上述方法制備的，其工藝簡單、成本低、比容量高、首次庫侖效率高且循環性能優良。