[發明專利]鋰離子電池負極用錫碳復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 202010863866.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112038626A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 武俊偉;余浩斌;張陽;丁志玉;李樂園;陳雅芬;孫瑞婷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明提供一種鋰離子電池負極用錫碳復合材料及制備方法；其方法包括：S1.將錫源溶于水中，加入水溶性無機鹽和碳源，物理混合形成混合均勻的溶液；S2.將步驟S1獲得的溶液冷凍干燥得白色粉末；S3.將步驟S2干燥后的白色粉末研細，并在保護氣氛下進行炭化處理后得到黑色粉末；S4.將步驟S3的黑色粉末洗滌、干燥得到蜂窩狀SnO₂@C復合材料。該方法制備的錫碳復合材料具有優異的電化學性能，蜂窩狀的碳網絡能很好地將納米尺寸的SnO₂顆粒包裹住，有利于緩沖SnO₂顆粒在充電過程中的體積膨脹，同時形成的導電網絡可以為離子傳輸提供快速有效的通道，并確保電子的快速轉移；其制備工藝簡單，成本低廉，對環境無污染。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池負極用錫碳復合材料及制備方法。

背景技術

近年來，隨著電子產品、電動設備、新能源汽車的快速發展，人們迫切的希望發展具有高比容量、高功率、長循環壽命和環境友好的鋰離子電池。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，將直接影響電池能量密度和使用壽命。目前商業化的鋰離子電池負極材料主要為石墨，其理論容量約為372mA h/g，無法滿足動力電池對高能量密度負極材料的要求，因此研發一種比容量高、價格低廉、對環境友好的負極材料迫在眉睫。氧化錫具有理論比容量高(790mA h/g)、資源儲量大且環境友好的優點，有望取代石墨成為新型負極材料。

但SnO₂負極同樣也存在一些固有的缺點，其在首圈循環過程中的不可逆轉換嵌鋰導致較低的庫倫效率；同時在不斷的嵌脫鋰過程中會產生嚴重的體積膨脹和收縮，產生應力從而產生破裂、粉化失效；而且SnO₂本身的導電性能較差，無法滿足較大電流下的充放電。這些缺點使得SnO₂的電化學性能較差，嚴重阻礙了其商業化應用。

為了解決以上SnO₂負極存在的缺點，目前研究較多的方法包括了合成納米線狀、納米片狀、納米管和納米棒狀以及空心納米狀等納米結構、合金化錫基負極材料或氧化錫與碳進行復合，但這些方法普遍存在合成過程復雜，成本較高的問題，且循環性能依舊有待提高。

因此，本領域需要開發一種新型SnO₂負極材料，使其具有體積膨脹小、導電性能好、制備流程簡單和制備成本低等諸多優勢，具有很好的應用前景。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種鋰離子電池負極用錫碳復合材料的制備方法，其利用水溶性無機鹽為模板，結合冷凍干燥工藝，通過簡易的一步法原位合成蜂窩狀錫碳復合SnO₂/C負極材料，使其具有制備方法簡便、電化學性能優異等優點。

本發明提出一種鋰離子電池負極用錫碳復合材料的制備方法，包括：S1.將錫源溶于水中，加入水溶性無機鹽和碳源，物理混合形成混合均勻的溶液；S2.將步驟S1獲得的溶液冷凍干燥得白色粉末；S3.將步驟S2干燥后的白色粉末研細，并在保護氣氛下進行炭化處理后得到黑色粉末；S4.將步驟S3的黑色粉末洗滌、干燥得到蜂窩狀SnO₂@C復合材料。

其中，錫源包括SnCl₄·5H₂O和Na₂SnO₃中的一種。

水溶性無機鹽形成蜂窩狀多孔形貌的模板。所述水溶性無機鹽包括鈉鹽、鉀鹽所述鈉鹽如氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉等；所述鉀鹽如氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀等。

所述碳源主要是包含有碳元素的有機物，其種類不受限，包括如檸檬酸、鹽酸多巴胺、葡萄糖、多聚磷酸三聚氰胺等。

其錫源：水溶性無機鹽：碳源的摩爾比為1-3：20-100：4-8；水的含量為10-30ml。

優選地，步驟S2中冷凍干燥溫度為-30～-60℃，干燥時間為24～72h。。