[發明專利]一種鋰離子電池用高容量負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111243898.1
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113690423B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 張波;孫斌;李德軍
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525;C01B32/05;C01G19/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津合正知識產權代理有限公司 12229
• 代理人: 王雨杰

本發明創造提供了一種鋰離子電池用高容量負極材料及其制備方法，所述負極材料的結構為以Si顆粒為支撐體、錫或錫氧化物為夾層、高分子樹脂裂解碳為最外層包覆層的三明治結構。本發明創造所述的負極材料的比容量達到400mAh/g至880mAh/g，并具有優異循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰電池負極材料領域，尤其是涉及一種鋰離子電池用高容量負極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，由于各種便攜式電子設備與新能源汽車的高速發展，迫切需要提高電池材料的能量密度。鋰離子電池已經成為移動電池市場的主力，而含碳負極材料又是鋰離子電池負極材料領域的主力。但商業化的含碳鋰離子電池理論容量僅為372 mAh g^-1，對于現如今快速發展的移動電源來說已經稍顯不足。隨著學者們研究領域的擴展，硅基與錫基鋰離子電池負極材料成為了鋰離子電池研究的熱點和重點。錫及其氧化物作為鋰電池負極材料具有更高的體積比能量與質量比能量，Sn、SnO、SnO₂理論比容量分別可達996 mAh g^-1、880 mAh g^-1和782 mAh g^-1。Si的理論比容量高達4200 mAh g^-1且具有低脫嵌鋰電位的優點，但是硅基與錫基鋰離子電池負極材料在充電時其體積變化率高達300%，導致電池充放電時負極材料易粉化，對電極結構造成不可逆的損害，電池性能將大幅下降。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在克服現有技術中的缺陷，提出一種鋰離子電池用高容量負極材料及其制備方法。

為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

一種鋰離子電池用高容量負極材料，所述負極材料的結構為以Si顆粒為支撐體、錫或錫氧化物為夾層、高分子樹脂裂解碳為最外層包覆層的三明治結構；

所述鋰離子電池用高容量負極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將納米Si、SnCl₄?5H₂O混合均勻之后在溫度為120℃-200℃的密閉容器中恒溫處理，加熱時間為12-18h后得到復合粉末；

S2：將高分子樹脂加入醇溶劑中，并在20℃-60℃的溫度下超聲溶解，得到樹脂-醇溶液；

S3：在20℃-60℃下依次將步驟S1得到的復合粉末加入至樹脂-醇溶液中攪拌分散均勻后在50℃-100℃的溫度條件下進行干燥處理12-24h，得到高分子樹脂為包覆層的復合物；

S4：將復合物進行研磨后，以0.1℃/min -5℃/min的升溫速率升溫至500℃-900℃，保溫2-4小時進行碳化處理，將碳化后的產物研磨得到最終產物。

一種鋰離子電池用高容量負極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將納米Si、SnCl₄?5H₂O混合均勻之后在溫度為120℃-200℃的密閉容器中恒溫處理，加熱時間為12-18h后得到復合粉末；

S2：將高分子樹脂加入醇溶劑中，并在20℃-60℃的溫度下超聲溶解，得到樹脂-醇溶液；

S3：在20℃-60℃下依次將步驟S1得到的復合粉末加入至樹脂-醇溶液中攪拌分散均勻后在50℃-100℃的溫度條件下進行干燥處理12-24h，得到高分子樹脂為包覆層的復合物；

S4：將復合物進行研磨后，以0.1℃/min -5℃/min的升溫速率升溫至500℃-900℃，保溫2-4小時進行碳化處理，將碳化后的產物研磨得到最終產物。

優選的，所述步驟S4中升溫至800℃-900℃。