[發(fā)明專利]一種鈉離子電池用負極材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710615547.6
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107293736A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 賀艷兵;位艷杰;葉桁;徐佳;雷丹妮;呂偉;李寶華;楊全紅;康飛宇
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/131;H01M4/1391;B82Y30/00
• 代理公司: 廣東德而賽律師事務所44322
• 代理人: 葉秀進

技術領域

本發(fā)明屬于鈉離子電池技術領域，尤其涉及一種鈉離子電池用負極材料。

背景技術

氧化錫用作鈉離子電池負極材料有著比容量高、電壓平臺低的優(yōu)點，但由于氧化錫在循環(huán)過程中體積膨脹大，從而造成鈉離子電池的循環(huán)性能差。而納米級的氧化錫顆粒具有高的比表面積和較高的比容量，但是傳統(tǒng)納米級的氧化錫作為鈉離子電池負極材料時，因其體積膨脹(358％)較大，從而導致SEI膜反復形成、脫落，因此，使用納米級的氧化錫的鈉離子電池的循環(huán)性能較差。

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種鈉離子電池用負極材料，其包括氧化錫顆粒和鑲嵌于所述氧化錫顆粒的氧化鈦球形納米顆粒，氧化鈦顆粒為氧化錫的體積膨脹提供了空間，從而改善了使用氧化錫的鈉離子電池的循環(huán)性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一在于：針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種鈉離子電池用負極材料，其包括氧化錫顆粒和鑲嵌于所述氧化錫顆粒的氧化鈦球形納米顆粒，氧化鈦顆粒為氧化錫的體積膨脹提供了空間，從而改善了使用氧化錫的鈉離子電池的循環(huán)性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種鈉離子電池用負極材料，包括氧化錫顆粒和鑲嵌于所述氧化錫顆粒的氧化鈦球形納米顆粒，所述氧化錫顆粒和所述氧化鈦球形納米顆粒的鑲嵌部分為納米級別的顆粒復合，所述氧化鈦球形納米顆粒的直徑為2nm-200nm。氧化鈦所起的作用是覆蓋一部分氧化錫表面，小的氧化鈦顆粒有利于均勻覆蓋，氧化鈦顆粒過大則無法實現(xiàn)到對氧化鈦的均勻嵌入。即氧化鈦球形納米顆粒部分嵌入氧化錫顆粒內，氧化錫顆粒部分嵌入氧化鈦球形納米顆粒內。或者說氧化鈦球形納米顆粒和氧化錫顆粒部分互嵌，且互嵌部分為納米級別的顆粒復合，如此可以使氧化鈦更緊密復合在氧化錫顆粒表面，在電池循環(huán)過程中，氧化鈦不易因氧化錫顆粒體積膨脹而脫離。

作為本發(fā)明鈉離子電池用負極材料的一種改進，所述氧化錫顆粒的被嵌入的表面的面積與該氧化錫顆粒的外表面積之比為(0.1-0.8)：1。即氧化錫顆粒的表面為部分嵌入。

作為本發(fā)明鈉離子電池用負極材料的一種改進，所述氧化鈦球形納米顆粒與所述氧化錫顆粒的質量比為(0.1-0.5):1。氧化鈦的量過多則會拉低整體活性材料的比容量，氧化鈦的量過低則達不到很好的嵌入效果。

作為本發(fā)明鈉離子電池用負極材料的一種改進，所述氧化錫顆粒為由粒徑為2nm-200nm的一次納米顆粒團聚成的粒徑為50nm-5μm的二次顆粒。氧化錫顆粒越細，比表面積越大，比容量發(fā)揮越高。

作為本發(fā)明鈉離子電池用負極材料的一種改進，所述負極材料的制備方法為：

第一步，氧化錫顆粒的制備：采用水熱法制備出氧化錫顆粒，水熱法使得氧化錫的前驅體溶液在高溫高壓的條件下，緩慢形核生成超細的納米氧化錫顆粒；

第二步，前驅體的制備：將第一步制得的氧化錫顆粒分散在水中，形成氧化錫懸濁液，然后將TiN納米粉末分散到氧化錫懸濁液中，然后加入雙氧水、乙醇、堿溶液和PVP，攪拌均勻，然后在70℃-100℃下加熱，得到前驅體。將TiN納米粉末溶解在SnO₂懸濁液中，TiN在H₂O₂和NH₃·H₂O的協(xié)助下，形成Ti⁴⁺的絡合物，并迅速地轉變?yōu)殁佅颠^氧絡合物[Ti(OH)₃O₂]^-，但其幾乎不溶于乙醇(乙醇在這里作為沉淀劑，由于前期生成的鈦的絡合物不溶于乙醇，溶于水)，從而緩慢形成小型無定形TiO₂納米顆粒，它們的大小在加入一定量的乙醇后逐漸增加。最后，小的TiO₂納米顆粒組裝在一起，形成無定形的二氧化鈦納米球，該納米球的大小是由前驅體溶液和乙醇溶液的體積比所決定的形核和長大的方式確定的。

第三步，負極材料的制備：將第二步得到的前驅體在300℃-500℃下燒結。燒結可以提高氧化鈦的結晶性，有利于氧化鈦晶格嵌入氧化錫顆粒。

作為本發(fā)明鈉離子電池用負極材料的一種改進，第一步中，水熱法的具體條件為：將SnCl₄·5H₂O配制成溶液，然后將該溶液倒入反應釜中，于110℃-150℃下水熱10h-30h。