[發明專利]一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料、制備方法及應用

無效

• 申請號: 201410370477.9
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104143632A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 杜菲;楊旭;魏英進;王春忠;陳崗
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料的技術領域，具體涉及一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料、制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有較高的工作電壓、能量密度，良好的使用壽命和安全性而廣泛應用于通信，交通，醫療以及再生能源等領域。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分。目前商業上使用的負極材料主要是以石墨類為主，雖然循環壽命比較久，但是其比容量比較低(375mAh/g),在循環過程中容易形成鋰枝晶而引發安全隱患。因此研發一種廉價，安全性能好，能量密度高的負極材料成為當務之急。

錫基負極材料由于具有較高的比容量(錫單質的容量為994mAh/g)而備受關注。然而由于充放電過程中劇烈的體積膨脹與收縮，電極容易碎裂和粉化，容量衰減比較嚴重(A.Ulus,Y.Rosenberg,L.Burstein,E.Peled,J.Electrochem.Soc.149(2002)A635.)。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的錫基負極材料循環和倍率性能差的問題，而提供一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料、制備方法及應用。

本發明首先提供一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料的制備方法，包括：

步驟一：將四氯化錫、硝酸鐵和檸檬酸混合，形成混合溶液，調節混合溶液pH值至中性，在60-80℃下持續攪拌形成溶膠凝膠；

步驟二：將步驟一得到的溶膠凝膠研磨，在馬弗爐內燒結，得到鐵錫氧化物前驅體；

步驟三：將步驟二得到的鐵錫氧化物前驅體放入管式爐中，通入乙炔氣體反應，得到錫基鐵碳復合鋰電池負極材料。

優選的是，所述的四氯化錫、硝酸鐵和檸檬酸中Sn∶Fe∶C₆H₈O₇的摩爾比為1:1:2。

優選的是，所述的步驟二的燒結溫度為400～500℃，燒結時間為5～10小時。

優選的是，所述的步驟三中乙炔氣體的流速為10～80ml/min。

優選的是，所述的步驟三的反應溫度為520℃，反應時間為30-40min。

本發明還提供上述制備方法得到的錫基鐵碳復合鋰電池負極材料。

本發明還提供上述錫基鐵碳復合鋰電池負極材料在鋰離子電池上的應用。

本發明的有益效果

本發明首先提供一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料的制備方法，該方法先將四氯化錫、硝酸鐵和檸檬酸混合，形成混合溶液，調節混合溶液pH值至中性，在60-80℃下持續攪拌形成溶膠凝膠；然后將溶膠凝膠研磨，在馬弗爐內燒結，得到鐵錫氧化物前驅體；最后將鐵錫氧化物前驅體放入管式爐中，通入乙炔氣體反應，得到錫基鐵碳復合鋰電池負極材料。本發明的制備方法簡單、原料易得，制備得到的負極材料具有良好的循環和倍率性能。

本發明還提供上述方法制備得到的錫基鐵碳復合鋰電池負極材料，與現有技術相對比，本發明的錫基鐵碳復合鋰電池負極材料，以原位生成的鐵碳化合物作為緩沖抑制了材料的體積變化與粉化，提高了材料的電子導電性，并且提高了材料的循環以及倍率性能。

本發明還提供上述錫基鐵碳復合鋰電池負極材料在鋰離子電池上的應用，實驗結果表明：本發明的電池的循環性能良好，經過1次循環后，電池的充放電曲線重合，容量能達到900mAh/g,經過50次循環仍然可以保持在850mAh/g以上。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的錫基鐵碳復合材料的X射線衍射圖譜。

圖2為本發明實施例1制備的錫基鐵碳復合材料第1、2、3、10和50次的充放電曲線圖。

圖3為本發明實施例1制備的錫基鐵碳復合材料的循環性能圖。

圖4為本發明對比例1制備的錫基鐵碳復合材料的循環性能圖。

圖5為本發明對比例2制備的錫基鐵碳復合材料的循環性能圖。

具體實施方式

本發明首先提供一種錫基鐵碳復合鋰電池負極材料的制備方法，包括：

步驟一：將四氯化錫、硝酸鐵和檸檬酸混合，形成混合溶液，調節混合溶液pH值至中性，在60-80℃下持續攪拌形成溶膠凝膠；

步驟二：將步驟一得到的溶膠凝膠研磨，在馬弗爐內燒結，得到鐵錫氧化物前驅體；

步驟三：將步驟二得到的鐵錫氧化物前驅體放入管式爐中，通入乙炔氣體反應，得到錫基鐵碳復合鋰電池負極材料。