[發明專利]一種鋰離子電池Sn摻雜Si/C負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010789449.6
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111785951B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 姚耀春;魏潤宏;米如中;梁風;馬文會;楊斌;楊桂玲;戴永年
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明公開了一種鋰離子電池Sn摻雜Si/C負極材料的制備方法，該方法用淀粉酶對淀粉進行酶解造孔，制得多孔淀粉；將含錫化合物用還原劑進行還原制得單質Sn；將Sn和Si同時封裝入多孔淀粉，制得錫硅混合物/多孔淀粉復合物；將錫硅混合物/多孔淀粉復合物，經過真空高溫碳化，得到錫硅/生物多孔碳復合負極材料。其中錫的摻入，增加了材料的振實密度，錫硅的共同作用還提高了復合材料容量和倍率性能。同時多孔淀粉衍生的多孔碳不僅能緩沖錫硅混合物的體積膨脹，還能促進鋰離子和電子的擴散速率。本制備方法原料綠色環保，工藝簡單，過程易控、能耗低，屬于環境友好型綠色工藝，易于大規模生產和推廣。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種以淀粉為原料一步碳化法獲得鋰離子電池Sn摻雜Si/C負極材料的方法。

背景技術

新能源汽車的高速發展，對電池材料的能量密度提出了更高的要求。目前占據主流市場的鋰離子電池負極材料主要是石墨類炭負極材料，但其372mAh/g的容量過低，越來越不能滿足市場發展的要求。而Sn的理論容量為994mAh/g、Si的理論容量為3580mAh/g，是傳統石墨負極的數倍多，也是石墨負極很好的替代品。然而，錫硅材料本身導電性差，膨脹率高造成的容量衰減快，循環性不好，這無疑限制了這種材料的商業化應用。

發明內容

本發明提供了一種鋰離子電池Sn摻雜Si/C負極材料的制備方法，該方法用淀粉酶對淀粉進行酶解造孔，制得多孔淀粉；將含錫化合物用還原劑進行還原制得單質Sn；將Sn和Si同時封裝入多孔淀粉，制得錫硅混合物/多孔淀粉復合物；將錫硅混合物/多孔淀粉復合物，經過真空高溫碳化，得到錫硅/生物多孔碳復合負極材料。該方法通過錫的摻入增加了材料的振實密度，通過錫硅的共同作用達到提高復合材料容量和倍率性能的目的。同時采用了綠色的淀粉生物質和環保的生物酶解法，所制得多孔碳作為既能緩沖復合物體積膨脹，又能增加材料導電性。

本發明鋰離子電池SnO₂/生物多孔碳負極材料的制備方法如下：

(1)將淀粉置于容器中，加入淀粉酶液和pH緩沖液，將容器置于恒溫磁力攪拌器上室溫～60℃下進行酶解8～24h后，得到含有多孔淀粉的淀粉乳，對淀粉乳進行過濾、洗滌獲得多孔淀粉；

(2)在20℃～60℃下將多孔淀粉加入去離子水中攪拌混勻制成多淀粉懸浮液。用還原劑將含錫化合物進行還原制得單質Sn，將一定比例Sn和Si放入盛有分散劑的容器中攪拌得到錫硅粉分散液，硅粉分散液加入到淀粉懸浮液中混勻制得鑲有Sn、Si的淀粉混合液，混合液蒸發干燥后，即錫硅混合物/多孔淀粉復合物；

(3)將錫硅混合物/多孔淀粉復合物置于惰性氣氛中，真空高溫條件下碳化1-12h，待冷卻至室溫后，即得SnSi/生物多孔碳負極材料。

所述淀粉為小麥粉、玉米粉、馬鈴薯粉、豆類粉、木薯粉中的一種或幾種任意比混合物；

所述淀粉酶液中的淀粉酶為α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、異淀粉酶中的一種或幾種任意比混合物，

所述淀粉與淀粉酶的質量比為100～10:1。

所述pH緩沖液為磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液、檸檬酸-氫氧化鈉-鹽酸緩沖液、乙酸-乙酸鈉緩沖液、鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鈉緩沖液中的一種，

所述緩沖液的pH值范圍在4.6～6。

所述含錫化合物為SnCl₄·5H₂O、SnCl₂·3H₂O、SnCl₂·2H₂O、Na₂SnO₃·3H₂O、SnO₂、SnO等的一種或多種混合物。