[發明專利]一種復合包覆的納米錫負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711317663.6
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108206285B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 金周;俞海龍;黃學杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅;趙巖

本發明提供一種復合包覆的納米錫負極材料，其包括：錫基納米材料、包覆在所述錫基納米材料表面的納米銅層以及包覆在所述納米銅層表面的導電保護層。所述納米銅層能抑制納米錫的體積膨脹并保持納米錫材料不破裂、避免納米錫與電解液的直接接觸，形成穩定的SEI、增加電極的導電性。在納米銅層表面再包覆一層導電層能有效地抑制納米銅的氧化，從而提高其電化學性能。本發明的復合包覆納米錫負極材料用作鋰離子電池負極材料，具有優異的電化學性能，在便攜式移動設備及電動汽車方面具有潛在應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，具體涉及一種復合包覆的納米錫負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、安全性好、質量輕、自放電小、循環壽命長、無記憶效應、無污染等優點，因而被世界廣泛關注。鋰離子電池電極材料也己成為全世界電池界研究的熱點。石墨是目前己經商品化的鋰離子電池的負極材料，它具有良好的循環性能。但是石墨的容量較低，且其儲鋰后電極電位與金屬鋰相近，當電池過充電時，碳電極表面易析出金屬鋰，形成枝晶而引起短路等缺點。

錫基材料因為其容量高，加工性能好、導電性好、不存在溶劑共嵌入問題、具有快速充放電能力等，被人們認為是有可能代替碳負極材料的候選者之一。但是Li-Sn合金的可逆生成與分解伴隨著巨大的體積變化，容易造成錫顆粒的粉化，引起活性材料從集流體脫落，導致錫基材料循環壽命較差。同時，當錫顆粒裸露于電解液中，在錫表面會形成不穩定的SEI膜，降低了電極材料的循環性能。因此若能解決錫負極在嵌脫鋰過程的粉化，導電性及形成不穩定的SEI等問題，為錫負極在電子產品和新能源汽車領域的應用鋪平道路，將有利于改善人們的生活和環境。這是錫基材料需要克服的最大問題。

為解決錫負極在嵌脫鋰過程的粉化，SEI不穩定等問題，人們普遍采用表面包覆的方法來提高錫負極材料的循環性能。一方面，納米錫可以減小鋰離子嵌入引起的錫顆粒的絕對體積變化，減小復合材料的內應力；另一方面，在納米錫表面包覆導電性良好的材料就會增加其導電性，同時又避免了錫與電解液的直接接觸，從而形成的穩定的SEI膜。

發明內容

因此，本發明的目的是為了彌補現有技術的不足，提供一種可提高錫負極材料電化學循環特性的鋰離子負極材料及其制備方法和應用。

本發明提供了一種復合包覆的納米錫負極材料，其包括：錫基納米材料、包覆在所述錫基納米材料表面的納米銅層以及包覆在所述納米銅層表面的導電保護層。

在本發明提供的納米錫負極材料中，所述納米銅層可以緩解錫基納米材料的體積膨脹，并且具備良好的可塑性。

根據本發明提供的納米錫負極材料，其中，所述錫基納米材料可以為錫納米材料、錫碳納米材料和錫合金納米材料中的一種或多種。所述納米材料可以為納米顆粒、納米線、納米片等形式。其中，在所述錫碳納米材料和所述錫合金納米材料中，錫的重量百分比含量可以為10％～90％。其中，所述錫合金可以選自錫銻合金、錫硅合金、錫銀合金和錫銅合金等合金中的一種或多種。

所述錫基納米材料中：納米顆粒的粒徑可以為5～1000nm，優選為20～300nm；納米線的長度可以為10～5000nm，直徑可以為5～1000nm，優選的長度為100～2000nm，直徑為20～300nm；納米片的長寬可以分別為10～5000nm，厚度可以為1～500nm，優選長寬分別為100～2000nm，厚度為1～100nm。所述的納米銅層可以為納米銅微粒或具有納米厚度的銅包覆層。所述銅微粒的粒徑可以為0.5～100nm，優選為1～20nm；所述銅包覆層的厚度可以為0.5～100nm，優選為1～50nm。

為了避免錫與銅形成合金，在本發明優選地實施方案中，在所述錫基納米顆粒和所述納米銅層之間還可以具有碳層，所述碳層的厚度可以為1～50nm，優選為5～20nm。

根據本發明提供的納米錫負極材料，其中，所述導電保護層的厚度可以為1～100nm，優選為2～20nm。