[發(fā)明專利]一種低溫鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310698032.2
• 申請日: 2023-06-13
• 公開（公告）號: CN116632201A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李峰;魏偉;王晶晶;周夢萍;邱樂;孫印杰;計星輝
• 申請（專利權(quán)）人: 棗莊學(xué)院;商丘師范學(xué)院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/587;H01M4/38;B82Y30/00;B82Y40/00;B22F1/00;B22F9/20
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發(fā)明公開一種高性能鋰離子電池低溫負(fù)極材料??非晶錫/碳納米管復(fù)合物。本發(fā)明所述復(fù)合材料是由SnOsubgt;2/subgt;經(jīng)硼氫化鈉還原后與碳納米管復(fù)合所得，非晶態(tài)Sn納米顆粒緊密附著在碳納米管表面。所述非晶錫/碳納米管復(fù)合物中Sn納米顆粒30~70?nm，碳納米管直徑30~50?nm，長度2~10μm。本發(fā)明作為鋰離子電池低溫負(fù)極材料，在100?mA/g電流密度及—20℃環(huán)境下，經(jīng)500次循環(huán)，容量高達(dá)503~551?mAh/g，容量保持率為75%~88%，表現(xiàn)出較高的低溫容量和良好的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫鋰離子電池負(fù)極材料─非晶錫/碳納米管復(fù)合物及其制備方法。

背景技術(shù)

低溫環(huán)境對鋰離子電池負(fù)極材料的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正極材料：對于電極材料而言，除低溫條件下巨大的電荷轉(zhuǎn)移電阻以及鋰離子在材料內(nèi)部中極其緩慢的擴散速率兩個共同因素外，負(fù)極表面的特有的SEI膜進一步降低了鋰離子的擴散速率。研究人員使用原位中子粉末衍射研究了石墨的脫鋰過程，結(jié)果表明：低溫條件下石墨負(fù)極的熱力學(xué)穩(wěn)定性范圍的變化會導(dǎo)致其能量勢壘的增加，進而阻斷鋰擴散路徑。在?20℃，石墨只能釋放100?mA?h/g的容量，而到了?30?℃，僅剩40?mA?h/g的容量。更為嚴(yán)重的是：鋰離子電池在低溫（零度以下）充電時，會在石墨負(fù)極表面沉積形成一層鋰鍍層，進而長成鋰枝晶，嚴(yán)重影響電池的安全性能。而要避免低溫鋰鍍層則非常困難，這是因為石墨的嵌鋰電位與鋰鍍層形成電位極為接近。因此，低溫環(huán)境下，使用其他負(fù)極材料來替代石墨是較好的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種非晶錫/碳納米管復(fù)合物及其制備方法，此種非晶錫/碳納米管復(fù)合材料作為鋰離子電池低溫負(fù)極材料，充放電容量高，循環(huán)性能好，制備方法簡單。

本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的：

一種非晶錫/碳納米管復(fù)合物，所述復(fù)合材料是由SnO₂經(jīng)硼氫化鈉還原后與碳納米管復(fù)合所得，非晶態(tài)Sn納米顆粒緊密附著在碳納米管表面。

所述非晶錫/碳納米管復(fù)合物中Sn納米顆粒30?~?40?nm，碳納米管直徑30?~?50nm，長度2?~?10?μm。

（1）首先將SnO₂粉末置于燒杯中，用硼氫化鈉溶液，還原成非晶錫顆粒；

（2）將上述非晶錫顆粒抽濾后用去離子水洗凈；

（3）將上述非晶錫納米顆粒與碳納米管混合；

（4）將上述混合物置于球磨機球磨罐中，加入乙二醇，進行球磨；

（5）將上述處理后的產(chǎn)品置于真空干燥箱中干燥后即得到非晶錫/碳納米管復(fù)合物。

所述步驟（1）中硼氫化鈉濃度為10?~?25?g/L，還原時間1?~?3小時。

所述步驟（3）中非晶錫顆粒與碳納米管的質(zhì)量比為5?~?20：1。

所述步驟（4）中乙二醇與復(fù)合物質(zhì)量比為2?~?5：1，球料比（質(zhì)量）15?~?20：1，球磨時間1?~?5?h。

所述步驟（5）中真空溫度為50?~?120?℃，干燥的時間為1?~?5小時。

本發(fā)明采用SnO₂以及碳納米管為原料，用簡單的硼氫化鈉還原加球磨法制備了一種非晶錫/碳納米管復(fù)合物作為鋰離子電池低溫負(fù)極材料。本發(fā)明的非晶錫/碳納米管復(fù)合物中Sn納米顆粒30?~?40?nm，碳納米管直徑30?~?50?nm，長度2?~?10?μm，Sn納米顆粒僅僅附著在碳納米管表面。本發(fā)明作為鋰離子電池低溫負(fù)極材料，在100mA/g電流密度及—20℃環(huán)境下經(jīng)500次循環(huán)，，容量高達(dá)503?~?551?mAh/g，容量保持率為75?%?~?88?%，表現(xiàn)出較高的低溫容量和良好的循環(huán)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的非晶錫/碳納米管復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。