[發明專利]一種具有優異倍率性能的復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811228941.5
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109449397B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 趙海雷;張子佳;方節軍;李兆麟;陶昕;張運超
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/38;H01M10/0525;H01M4/583;H01M4/62;C01B32/182
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于新能源材料和電化學領域，具體涉及一種具優異倍率性能的復合負極材料及其制備方法。所述制備方法是以氧化石墨烯、錫鹽和有機硫源為原料，采用一步溶劑熱法結合熱處理、添加表面活性劑，制備得到所述具有優異倍率性能的復合負極材料。采用該方法制備得到的復合負極材料具有優異的倍率性能：在1A·g^?1電流密度下的可逆比容量為910mAh·g^?1～1090mAh g^?1；在10A·g^?1大電流密度下的可逆比容量為725mAh·g^?1～865mAh·g^?1。

技術領域

本發明屬于新能源材料和電化學領域，具體涉及一種具優異倍率性能的復合負極材料及其制備方法。

技術背景

21世紀，雖然經濟和科學技術快速發展，但能源的主要來源還是以地球上有限的石油、煤和天然氣等化石燃料為主。眾所周知，來源于化石燃料和生物質燃料排放的氣體污染大氣，帶來嚴重的全球問題。此外，日益增加的對國外不可再生能源的依賴還會危害國家安全。因此，面對日益嚴峻的能源和環境問題，開發可再生的清潔能源已經成為我國迫切需要解決的問題。

太陽輻射能、風能、海洋能及地熱能等是自然界可再生能源。然而，這些可再生能源都強烈依賴于變化的時間和空間。但在未來，它們可以通過化學能形式進行儲存和轉換。化學能是最便利的一種儲存方式，它可以給動力、照明和通訊等帶來方便，電池提供了一種輕便、無污染的化學能儲能方式，同時它還可以高效率的將化學能轉化為電能。與其他充電電池(如鉛酸電池、鎳氫電池)相比，鋰離子電池具有比容量高、循環壽命長、電壓平臺高、無記憶效應、快速充放電、安全性能高、自放電率低、對環境污染小、體積小和質量輕等明顯優勢，因此，鋰離子電池已經得到廣泛關注。當前，鋰離子電池應用已經越來越廣泛，逐漸從手機、筆記本電腦、數碼相機等小型便攜式電器走向電動汽車動力領域。

然而傳統的鋰離子電極材料能量密度和功率密度較低，目前，商用鋰離子電池負極材料石墨，其理論比容量僅372mAh·g^-1，并且其階梯倍率性能較差，無法滿足電動汽車以及混合動力車對動力電池高能量密度、長續航壽命以及快速充電的需求，因此，迫切需要開發新型具有高比容量、階梯倍率性能優異的負極材料。其中，SnS₂理論容量高達1232mAh·g^-1，資源豐富，低毒，成本低廉等特點，近年來受到了研究者們廣泛關注。然而，SnS₂電子導電性以及體相鋰離子導電性較差，從而造成其階梯倍率性能不佳。這一問題嚴重阻礙了SnS₂作為鋰離子電池負極材料的實際應用。為解決上述問題，文獻中對SnS₂的改進方法是和高導電碳基質進行復合，從而提高復合負極材料的電子電導，從而加快電極電化學反應動力學。具有代表性SnS₂基電極材料的研究工作包括：

(1)武漢大學WangTaihong教授研究小組采用室溫冷凝回流法，以氧化石墨烯粉體為碳源，四氯化錫為錫源，硫代乙酰胺為硫源，并用水合肼還原氧化石墨烯，最終經過熱處理得到SnS₂/rGO復合負極材料。測試其電化學性能，結果表明：在0.1C電流密度下，循環200次后其可逆比容量為1034mAh·g^-1(J.Mater.Chem.A,2013,1,8658-8664)。然而，該制備工藝得到的SnS₂/rGO復合負極材料比容量隨著電流密度增大衰減較快，階梯倍率性能有待進一步提高。