[發(fā)明專利]氧化錫基負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710118003.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106654181A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)云鵬;張耀;吳振豪;胡仁宗;王明旺;梁銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 欣旺達(dá)電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/139
• 分類號(hào): H01M4/139;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/587;H01M4/48
• 代理公司: 深圳市明日今典知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44343
• 代理人: 王杰輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到新能源領(lǐng)域，特別是涉及到氧化錫基負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

新型信息通訊技術(shù)、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展對(duì)鋰離子電池的儲(chǔ)能容量、功率、能量密度、壽命、安全性等方面提出了更高的要求。然而，受到了現(xiàn)有電極材料比容量低的制約，目前鋰電子電池?zé)o法滿足上述領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，新一代鋰離子電池性能的提高將主要取決于高功率和高比容量電極材料體系的發(fā)展?；谇朵?脫鋰機(jī)制的鋰離子電池的功率性能依賴于Li⁺在正負(fù)極材料內(nèi)部的嵌入和脫出的速率和電子在電極材料內(nèi)部的傳輸速率。因此，提高電極材料Li⁺嵌入和脫出的速率和電子在電極材料內(nèi)部的傳輸速率對(duì)鋰離子電池的功率性能至關(guān)重要。尤其是許多高比容量的氧化物電極材料，如何解決材料中Li₂O的Li⁺脫出的速率和電子轉(zhuǎn)移速率的問(wèn)題成為了高功率型鋰離子所面臨的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)難題之一。

相比于石墨、Sn金屬等負(fù)極，Sn基氧化物具有更高的儲(chǔ)鋰容量、熱穩(wěn)定性和更多樣化的可調(diào)控微納結(jié)構(gòu)。SnO₂的理論質(zhì)量比容量為1494mAh/g，體積比容量更是高達(dá)10220mAh/cm³，比Si負(fù)極(9744mAh/cm³)和Li負(fù)極(2277mAh/cm³)都要高。如果SnO₂負(fù)極能夠?qū)嶋H應(yīng)用，將能大幅度提高鋰離子電池體系的比容量和能量密度。因此SnO₂基負(fù)極材料持續(xù)成為研究熱點(diǎn)?？蒘nO₂存在著脫嵌鋰速度和電子轉(zhuǎn)移速度慢等功率性能差的問(wèn)題。

針對(duì)功率性能差的問(wèn)題，目前解決的最有效方法是將納米尺度SnO₂與各種碳材料(石墨、石墨烯、碳納米管/納米纖維、多孔/介孔碳等)進(jìn)行復(fù)合形成穩(wěn)定的微納結(jié)構(gòu)，從而提高材料電荷傳輸能力，進(jìn)而提高材料的功率性能。但由于復(fù)合方式的復(fù)雜性或不均勻性，現(xiàn)有的復(fù)合方法很難提高一種簡(jiǎn)單有效的均勻復(fù)合方式。此外，SnO₂在脫嵌鋰過(guò)程中的中間產(chǎn)物納米Sn相在循環(huán)過(guò)程中的再結(jié)晶和粗化導(dǎo)致鋰離子和電池在電極活性材料中的遷移距離增大，這是限制SnO₂功率性能最主要的原因。

因此，現(xiàn)有氧化錫基負(fù)極材料的性能改進(jìn)還有待改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的為提供氧化錫基負(fù)極材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有氧化錫基負(fù)極材料脫嵌鋰動(dòng)力學(xué)性能差的問(wèn)題。

本發(fā)明提出一種氧化錫基負(fù)極材料的制備方法，包括：

將SnO₂和過(guò)渡金屬M(fèi)在惰性氣氛下通過(guò)固相球磨混勻，獲得SnO₂-M混合粉末；

將所述SnO₂-M混合粉末加入到溶解了有機(jī)碳源的溶液中，通過(guò)液相球磨混勻，獲得SnO₂-M和有機(jī)碳源的混合懸濁液；

將所述混合懸濁液，置于真空干燥箱中干燥，獲得SnO₂-M-有機(jī)碳源的混合固體；

將所述混合固體，置于惰性氣氛爐中碳化，獲得SnO₂-M-C復(fù)合粉體。

優(yōu)選地，所述過(guò)渡金屬M(fèi)包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述SnO₂-M-C復(fù)合粉體中過(guò)渡金屬M(fèi)的質(zhì)量百分含量為1～40％，所述的過(guò)渡金屬M(fèi)的純度為99％～100％，所述的過(guò)渡金屬M(fèi)的顆粒大小為200nm～20μm。

優(yōu)選地，所述固相球磨過(guò)程中磨球的質(zhì)量與SnO₂和過(guò)渡金屬M(fèi)的質(zhì)量總和比為15:1～50:1，固相球磨機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為300～500rpm，所述固相球磨時(shí)間為5～50小時(shí)。

優(yōu)選地，所述惰性氣體包括純度大于99.999％的氬氣或純度大于99.999％的氮?dú)庵械囊环N。

優(yōu)選地，所述有機(jī)碳源包括蔗糖、葡萄糖、檸檬酸和尿素中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述有機(jī)碳源的純度為99％～100％；所述溶解了有機(jī)碳源的溶液所使用的溶劑為水和有機(jī)溶劑的混合體，所述混合體中有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分含量為0～50％；所述溶解了有機(jī)碳源的溶液濃度為1％～10％。

優(yōu)選地，所述液相球磨過(guò)程中磨球質(zhì)量與所述有機(jī)碳源溶液質(zhì)量比例為1:1～5:1，所述液相磨機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為1500～3000rpm，所述液相球磨時(shí)間為2～6小時(shí)，所述混合懸濁液中，固體與液體質(zhì)量比例為5％～30％。