[發(fā)明專利]錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111193006B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉文博;陳雪;張世超;顏家振;李寧
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發(fā)明提供了錫氧化物?鎳錫化合物鋰離子電池負極，由三維微米多孔鎳錫化合物骨架和錫氧化物納米顆粒組成，所述鎳錫化合物為Ni₃Sn₂，錫氧化物為SnO₂和SnO；錫氧化物納米顆粒是由三維微米多孔鎳錫化合物骨架中的錫部分氧化原位形成的，錫氧化物納米顆粒彌散分布在三維微米多孔鎳錫化合物骨架表面或者均勻分布在三維微米多孔鎳錫化合物骨架表面組裝形成錫氧化物納米顆粒層，當錫氧化物納米顆粒組裝形成錫氧化物納米顆粒層時，該鋰離子電池負極具有雙連通微米?納米復合孔結構。本發(fā)明還提供了該鋰離子電池負極的制備方法。該鋰離子電池負極具有較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負極領域，涉及基于鎳錫合金的錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極及其制備方法。

背景技術

自20世紀90年代以來，可充電鋰離子電池(LIBs)在能源存儲行業(yè)發(fā)揮了核心作用，并主導了便攜式電子設備的消費市場。然而，隨著計算機、互聯網、通訊以及消費類電子產品的快速發(fā)展，不斷提高的信息化程度以及日益嚴重的環(huán)境問題，現代社會對可充電鋰離子電池提出了更嚴苛的要求，希望開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的鋰離子電池，同時要求其具有高能量/功率密度、長循環(huán)壽命以及環(huán)保等特點。

碳材料存在著比容量低，首次庫倫效率低，有機溶劑共嵌入等不足，而錫基材料因其自身的優(yōu)勢引起了人們的廣泛關注。錫具有良好的導電性和較高的理論比容量，例如，Li_4.4Sn的質量比容量為994mAh/g，比工業(yè)石墨大三倍，且體積比容量也高達7200mAhcm^-3。同時，錫負極對鋰電極具有很高的反應活性，充放電過程中不會與溶劑共嵌入。在2005年，索尼公司實現了錫基合金的商業(yè)化應用，Nexelion攝像機電池采用了非晶態(tài)Sn-Co-C材料作為陽極，與傳統(tǒng)的碳素電池相比，電池的總容量提高了約30％。盡管在便攜式電子領域取得了一定的進展，但錫基負極材料在充放電過程中仍然存在兩個主要問題有待解決：(1)首次不可逆容量較大，可逆比容量偏低，實際應用受到了一定的限制；(2)體積變化大引起活性物質的粉化、脫落，導致鋰離子電池的循環(huán)壽命差。即使目前最先進的Sn-M合金陽極，其性能仍不能滿足電動汽車領域對先進鋰離子電池的要求。因此，如何有效緩解在循環(huán)脫嵌鋰過程中產生的體積效應，以獲得高比容量和長循環(huán)穩(wěn)定的電極結構和良好的電化學性能，成為了鋰離子電池錫基負極材料研究和開發(fā)的關鍵之一。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極及其制備方法，以緩解錫負極材料在循環(huán)脫嵌鋰過程中產生的體積效應，提高鋰離子電池錫基負極的比容量和循環(huán)性能。

為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供的錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極，由三維微米多孔鎳錫化合物骨架和錫氧化物納米顆粒組成，所述鎳錫化合物為Ni₃Sn₂，所述錫氧化物納米顆粒為SnO₂納米顆粒和SnO納米顆粒；錫氧化物納米顆粒是由三維微米多孔鎳錫化合物骨架中的錫部分氧化原位形成的，錫氧化物納米顆粒彌散分布在三維微米多孔鎳錫化合物骨架表面，或者錫氧化物納米顆粒均勻分布在三維微米多孔鎳錫化合物骨架表面組裝形成錫氧化物納米顆粒層，當錫氧化物納米顆粒組裝形成錫氧化物納米顆粒層時，該鋰離子電池負極具有雙連通微米-納米復合孔結構。

上述錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極的技術方案中，三維微米多孔鎳錫化合物骨架孔尺寸優(yōu)選為5～200μm。

上述錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極的技術方案中，錫氧化物納米顆粒的尺寸優(yōu)選為5～100nm。

上述錫氧化物-鎳錫化合物鋰離子電池負極的技術方案中，當錫氧化物納米顆粒均勻分布在三維微米多孔鎳錫化合物骨架表面組裝形成錫氧化物納米顆粒層時，錫氧化物納米顆粒層的厚度為10～200nm，優(yōu)選地，錫氧化物納米顆粒層的厚度為100～200nm。