[發(fā)明專利]一種多孔SnO2一維納米鎂-鋰雙鹽離子電池正極材料的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910276463.3
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN109841829A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯小江;王祎;楊艷玲;葉曉慧;石洪昌;王嘉棟;馮雷;鎖國權(quán);張荔;朱建鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00;D01D5/00;D04H1/728
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種多孔SnO₂一維納米鎂?鋰雙鹽離子電池正極材料的制備方法及應(yīng)用，該多孔SnO₂一維納米正極材料直徑在100～300nm，孔徑在10～30nm；制備方法包括以下步驟，將一定量的SnCl₂·2H₂O溶于由無水乙醇和N，N?二甲基甲酰胺組成的混合溶液中并在室溫下攪拌；將一定量PVP溶于溶液中并在室溫下繼續(xù)攪拌得到前驅(qū)體溶液A；液體石蠟溶于前驅(qū)體溶液A中并攪得到前驅(qū)體溶液B；將前驅(qū)體溶液B用于高壓靜電紡絲，將紡絲產(chǎn)物進(jìn)行二次退火，待其自然冷卻至室溫后得到最終樣品多孔SnO₂；本發(fā)明有效抑制了正極材料的粉化，從而提高了鎂?鋰雙鹽離子電池的使用壽命；另外，SnO₂納米管的多孔結(jié)構(gòu)可為Li⁺離子的快速嵌入/脫出提供通道，改善電池的動力學(xué)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次動力電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多孔SnO₂一維納米鎂-鋰雙鹽離子電池正極材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

信息、材料、能源是人類現(xiàn)代文明的三大支柱，能源的開發(fā)及利用顯著影響人民的生活水平及社會的發(fā)展。每一次能源革命，也勢必會推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人類的現(xiàn)代化進(jìn)程。

目前，鋰離子電池已取得了廣泛的商業(yè)化，在商用可充電電池市場占據(jù)了極大的市場份額。然而，鋰離子電池容量有限、資源短缺、成本高昂及安全性能等問題迫使什么不得不尋求新的離子電池來“驅(qū)動”未來生活。在所探索的眾多離子電池中，鎂離子電池因其成本低廉、負(fù)極無枝晶生長、充電容量高等顯著優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。鎂離子電池的理論體積容量為為3833mAh·cm^-3，遠(yuǎn)高于離子電池的理論體積容量2046mAh·cm^-3，在大容量車載電池領(lǐng)域顯示出極大的優(yōu)勢。鎂是宇宙中豐富的元素材料之一，鎂離子電池更便宜，極具大規(guī)模推廣的可能性。因此，近年來鎂離子電池的研究開發(fā)越來越深入，越來越廣泛。

盡管鎂離子電池被相關(guān)研究報道，具有顯著的儲能特性。但是目前嵌/脫Mg²⁺離子動力學(xué)性能良好的的高電壓正極材料有限，鎂離子電池的應(yīng)用受到了嚴(yán)重的阻礙。為此，科研工作者通過構(gòu)建鋰鎂雙鹽電池體系，顯著解決鎂離子電池遇到的一些問題。借助嵌鋰的正極材料、鎂負(fù)極材料及含有Mg²⁺和Li⁺兩種離子的固態(tài)電解質(zhì)，構(gòu)建鎂-鋰雙鹽離子電池系統(tǒng)，充分利用鎂負(fù)極的大容量及無枝晶特性及鋰正極材料快速脫/嵌鋰動力學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)大容量安全高效儲能，從而有效緩解鋰離子電池容量低、成本高、鋰枝晶及鎂離子電池脫嵌動力學(xué)等問題，推動鎂基儲能電池的應(yīng)用。

目前，SnO₂因其相對較低的工作電壓(其平均放電和充電電壓分別為0.3和0.5 V)而受到極大關(guān)注，被嘗試用于鋰離子電池存儲，當(dāng)與高壓陰極結(jié)合使用時可產(chǎn)生高比能值。由于SnO₂的電極呈現(xiàn)低電子電導(dǎo)率和容量降低，并且在電化學(xué)充放電反應(yīng)過程中往往會發(fā)生金屬Sn的大體積變化，膨脹量將達(dá)到～300％，極易導(dǎo)致電池循環(huán)過程中應(yīng)力難以釋放，從而最終導(dǎo)致電極材料快速粉化，引起電池容量大幅度衰減，縮短離子電池壽命。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔SnO₂一維納米鎂-鋰雙鹽離子電池正極材料的制備方法及應(yīng)用，借助高壓靜電紡絲手段可控合成多孔結(jié)構(gòu)的一維SnO₂納米管，通過SnO₂納米管孔隙可有效釋放因鋰離子嵌入造成正極材料體積膨脹而導(dǎo)致的應(yīng)力，有效抑制了正極材料的粉化，從而提高了鎂-鋰雙鹽離子電池的使用壽命；另外，SnO₂納米管的多孔結(jié)構(gòu)可為Li⁺離子的快速嵌入/脫出提供通道，改善電池的動力學(xué)特性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：