[發明專利]一種硅-二氧化錫鏈狀和枝狀核殼結構鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110026689.5
• 申請日: 2021-01-09
• 公開（公告）號: CN112599755B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 林榮英;王慧
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種硅?二氧化錫鏈狀和枝狀核殼結構鋰離子電池負極材料及其制備方法。其制備步驟包括：將納米硅粉超聲分散在乙醇水溶液后，加入一定量的五水四氯化錫進行反應復合，經過靜置、抽濾、洗滌和干燥得到硅二氧化錫鏈狀和枝狀核殼結構的負極材料。最后將材料制成負極極片，置于扣式電池中檢測其恒流充放電比容量。在常溫常壓下用Land測試系統對其進行測試，該材料性能最優異的樣品初始庫倫效率可以達到83.0%，并且在200圈充放電后，比容量仍然可以達到1900 mAh/g以上。該發明具有原料豐富、操作簡單、成本低廉、對環境友好且制得的硅二氧化錫復合材料性能優良等特點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，特別涉及一種具有鏈狀和枝狀結構的鋰離子電池硅二氧化錫核殼結構的負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種能量密度高、循環壽命長、安全性能高的優質儲能器件，被認為是下一代高性能充電電池的候選之一。已廣泛被用于航天航空、電動汽車、電力儲能系統、軍事裝備等各個方面。傳統的商業鋰離子大多使用含碳材料作為負極，但是由于其理論比容量僅為372 mAh/g，嚴重限制了鋰離子電池的發展，因此需要尋求和制備一種新型材料用于提高鋰離子電池功率密度和比容量。

硅材料因其高的理論容量（4200 mAh/g）、豐富的自然儲量、環境友好性和良好的經濟性，被認為是下一代鋰離子電池最有前途的負極材料之一。然而，低電導率的硅材料在鋰化過程中由于巨大的體積膨脹，容易粉化破裂，從而導致電極容量嚴重衰退，循環性能急劇下降，最終導致電極失效。二氧化錫是第一個應用到商業的透明導電材料，理論容量為781 mAh/g，在第一圈放電反應后形成的氧化鋰可以起到緩沖體積膨脹的作用，并且二氧化錫還原形成的錫顆粒可以提高電導率。硅與二氧化錫材料的復合，可以提高鋰離子電池負極的儲鋰能力，導電性和循環壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單經濟的方法制備出均勻分散，且具有鏈狀和枝狀的硅二氧化錫核殼結構的負極材料，該方法制備的硅二氧化錫負極材料具有高比容量，較為良好的導電性能和優異的循環性能。

本發明技術方案如下：

一種硅-二氧化錫鏈狀和枝狀核殼結構鋰離子電池負極材料，所述硅-二氧化錫核殼結構由均勻分布的鏈狀核殼結構和枝狀核殼結構組成，其中核為納米硅顆粒，殼為二氧化錫，具體過程是以納米硅顆粒為晶核，在硅顆粒上逐漸長成二氧化錫，對硅形成包裹，從而形成核殼結構。這兩種核殼結構的直徑為80-200nm，這些結構可以抑制電化學脫嵌過程中的體積膨脹，并且防止團聚，有利于提升電化學性能。

所述硅-二氧化錫鏈狀和枝狀核殼結構鋰離子電池負極材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將0.1g-1g的納米硅粉超聲分散在一定比例的乙醇水溶液中；

（2）將0.05g-1g的五水四氯化錫加入到分散后的納米硅粉溶液中，在50-80℃下，磁力攪拌反應4-24h后，停止反應靜置過夜，接著抽濾洗滌真空干燥，即可得到所述硅二氧化錫核殼結構負極材料。

其中所述步驟（2）中加入的五水四氯化錫和步驟（1）中納米硅粉按照質量比為1：（0.2-8）混合。

其中所述的步驟（1）中乙醇水溶液中，無水乙醇與去離子水的體積比為1：（4-9）。

其中所述的步驟（1）中超聲分散頻率為30-100Hz。

所述的步驟（2）中真空干燥溫度為50-100℃，干燥時間為4-24h。

所述的步驟（1）原材料中納米硅粉的純度≥99.99%，粒徑大小為50-100nm。五水四氯化錫為分析純。