[發明專利]一種鋰離子電池負極復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710028228.5
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106848219A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王建;周清穩;趙唯一;張會剛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 盧霞

技術領域

本發明涉及一種兩步煅燒法制備高性能鋰電負極材料及其制備方法。首先該鋰電復合材料具有比容量大，循環穩定性好，倍率性能高的優點。其次制備工藝簡單，可大批量制備。本發明屬于無機功能材料制備領域。

背景技術

二十世紀以來，鋰離子電池得到了飛速的發展。在移動設備，航天航空，生物醫藥，公共交通等領域中得到了極大的推廣應用。目前，商品化的鋰離子電池的負極材料主要是石墨，因為石墨具有較高的循環效率以及循環壽命，同時具有較低的放電電位等優點。但隨著社會進步和科學技術的發展，石墨較低的理論比容量(372mAh/g)已經嚴重限制了鋰電池的性能，無法滿足人們對高容量電池的需求。因此，尋求一種高能量密度的負極材料成為當前研究的熱點。

金屬錫以其較高的理論比容量(996mAh/g)、高倍率、高安全性等特點，引起了人們廣泛的研究，如Solid State Ionics(2000,133,189-194)報道了錫碲合金做鋰電負極材料的性能，Advanced Materials(2007,19,1632-1625)報道了鎳錫合金納米陣列做鋰電負極材料的性能。雖然錫作為鋰電負極材料具有較高的比容量，但其在充放電過程中的體積變化較大，導致電極極易粉化失效，從而縮短了鋰離子電池的壽命。為了提高金屬錫材料的循環穩定性，提升電池壽命，各國研究者提出了許多的方法，主要有：納米化，利用納米顆粒的尺寸效應，減少粉化提高充放電過程的可逆性。如Journal of Power Sources(2009,188,578-582)報道了銅納米陣列負載的納米錫做鋰電負極的性能。合金化，包括活性金屬與非活性金屬復合，利用不同活性金屬之間的鋰化電位的不同而互為基體來緩沖體積膨脹，如Scientific Reports(2016,6,29356)報道了硅錫合金做鋰電負極材料的性能。Journal of Electronic Materials(2016,45,3220-3226)報道了錫鉬合金做鋰電負極材料的性能。Journal of Solid State Electrochemistry(2016,6,1743-1751)報道了金屬錫與鐵、鈷等金屬的合金材料做鋰電負極。碳復合材料，利用材料的高彈性及穩定性緩沖金屬鋰化過程中的體積膨脹，提高負極材料的循環壽命，如Journal of Chemistry Material(2009,19,8378-8384)報道了金屬錫與石墨烯復合材料做鋰電負極。International Journal of Electrochemical Science(2016,11,3591-3603)報道了以靜電紡絲方法制備含錫碳納米纖維做鋰電負極，但目前這些報道的制備工藝及電化學性能都有待提高。

發明內容

本發明一個目的是提出一種金屬錫及其合金和高含氮量碳的納米復合材料，解決現有鋰電材料中含錫量低，容量低或循環壽命差的缺陷，制備出一種含錫量較高同時循環壽命較好的鋰電負極復合材料。

本發明中用于鋰離子電池負極復合材料的設計思路是通過對前驅物進行充分的混合，利用金屬離子與有機物之間的協同作用通過兩步煅燒法制備出鋰電負極復合材料。這種復合材料中錫及其合金的顆粒尺寸較小，能夠均勻分布在碳納米片上，同時碳納米片及惰性金屬能夠緩解錫在充放電過程中體積變化帶來的粉化。從而使得電極材料具有極好的電化學性能。

本發明的另一個目的是在于提供一種工藝簡單、重復性好、成本低廉、環境友好的錫及其合金/碳復合材料的制備方法。該材料具有制備工藝簡單，高比容量，高穩定性、高倍率性能的特點。

本發明的技術方案如下：

一種鋰離子電池負極復合材料，所述的鋰離子電池負極復合材料(900)包括含錫量子點和含氮碳納米片,所述的含錫量子點均勻分布在含氮碳納米片上，所述的含錫量子點的質量占復合材料總質量的50～80％。

所述的含錫量子點為錫量子點或者錫合金量子點；

除錫之外的合金元素選自如下元素中的一種或多種：Co,Fe,Mn,Ni,Si,Cu,Cr,Ti,Zn,Al,Pb,Sb,In,Ge,Ag,Au,Pd,Pt,C；

所述的含氮碳納米片具有超薄片狀形貌。

所述的鋰離子電池負極復合材料的制備方法如下：

通過將不含氮前驅物(300)、含氮前驅物(400)和錫化合物(500)三種原料混合后進行兩步法煅燒獲得鋰離子電池負極復合材料(900)；