[發(fā)明專利]鋰離子電池負(fù)極材料Sn2Sb/C核殼及其制備方法與應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310157068.6
• 申請(qǐng)日: 2013-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103219502A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汝強(qiáng);孫大偉;安柏楠;胡社軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備上。由于科技的發(fā)展和能源的需求，近年來(lái)鋰離子電池成功應(yīng)用于電動(dòng)自行車和和混合動(dòng)力電動(dòng)車等領(lǐng)域。目前商用鋰離子電池負(fù)極材料主要采用碳材料，由于比容量較低（372mAh·g-1），限制了其在大功率動(dòng)力型鋰電池方向的應(yīng)用。為了開(kāi)發(fā)比容量更高，能量密度更大的鋰電負(fù)極材料，人們把研究目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向了金屬及其合金類材料。其中，Sn基材料以其較高的比容量（理論比容量為994mAh/g，是石墨容量的兩倍多）和較高的安全性能受到了廣泛的關(guān)注，目前研究的Sn基合金系有Sn-Cu、Sn-Co、Sn-Sb、Sn-Zn及Sn-Ni等。Sn-Sb合金由于Sn和Sb都可以和鋰離子發(fā)生反應(yīng)，表現(xiàn)出了較高的理論容量（Li₂₂Sn₅：994mAh·g-1；Li₃Sb：660mAh·g-1），因此在眾多合金系中備受研究關(guān)注。但是該類合金材料在長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程仍存在較大的體積膨脹率，在鋰離子嵌脫過(guò)程中體積膨脹率達(dá)100～300%，引起Sn等鋰活性物質(zhì)的機(jī)械分裂，導(dǎo)致電極崩塌粉化失效、電極循環(huán)性能下降，進(jìn)而影響電池的循環(huán)性能，限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。

為此，人們通過(guò)合金化的思路，引入其他組元，利用多元或多相效應(yīng)，提高電極材料的充放電循環(huán)壽命。研究表明，將合金與碳進(jìn)行包覆、摻雜，形成核殼復(fù)合體系，利用碳材料循環(huán)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，將合金顆粒均勻分散，避免合金微粒的團(tuán)聚及表面SEI（solid?electrolyte?interface）膜的過(guò)量形成，可以提高電池的循環(huán)性能。合金材料大多采用活性和非活性元素形成的合金材料如Sn-Sn合金作為鋰離子電池負(fù)極材料，這類材料在鋰離子嵌入和脫出的過(guò)程中會(huì)形成活性和非活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，活性物質(zhì)與鋰反應(yīng)提供能量，非活性物質(zhì)充當(dāng)“緩沖體”維持電極的基本結(jié)構(gòu)保證電極的循環(huán)壽命。在引入非活性材料時(shí)，雖然循環(huán)性能有較大改善，但存在電極容量減少的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供由上述制備方法得到的鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述的鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼的制備方法，包括如下步驟：

（1）將SnO₂和Sb₂O₃按摩爾比Sn：Sb=2～1:1混合，以250～350轉(zhuǎn)/秒球磨24～48h，得到混合物A；

（2）將間苯二酚按摩爾比1：2～4溶于甲醛中，攪拌均勻后加入碳酸鈉，攪拌5～10min，得到混合溶液；將步驟（1）的混合物A加入混合溶液中，攪拌1～2h，得到混合物B；將混合物B倒入含有5～10wt%span80的環(huán)己烷中，30～50℃攪拌至形成膠體后過(guò)濾；取沉淀，清洗干凈，真空干燥4～6h后置于惰性氣體中，以2～5℃/min升溫至900℃，恒溫反應(yīng)2～6h，得到樣品；碳酸鈉與間苯二酚的摩爾比為1：80～100，混合物A與間苯二酚的質(zhì)量比為1：1.5～1：2，環(huán)己烷與混合物A的質(zhì)量比為4～10：1；

（3）取步驟（2）的樣品，研磨后過(guò)篩，得到鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼；

步驟（1）中：

所述的球磨優(yōu)選在室溫下進(jìn)行；

所述的球磨的速度優(yōu)選為300～350轉(zhuǎn)/秒；

步驟（2）中：

所述的清洗優(yōu)選采用叔丁醇進(jìn)行清洗；

所述的真空干燥優(yōu)選采用50～110℃對(duì)流恒溫干燥箱進(jìn)行干燥；

所述的惰性氣體為500～700℃不活潑的氣體；

所述的不活潑的氣體優(yōu)選為純度為99.9%的氮?dú)饣驓鍤猓?/p>

步驟（3）中：

所述的球磨的速度優(yōu)選為300～350轉(zhuǎn)/秒；

所述的過(guò)篩優(yōu)選過(guò)400目篩；

一種鋰離子電池負(fù)極材料Sn₂Sb/C核殼，由上述制備方法得到；