[发明专利]一种锂离子电池锡－碳纳米管负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池锡-碳纳米管负极材料及其制备方法。

背景技术

自20世纪90年代以来，锂离子电池由于其工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长、安全性好等优越性能，可以作为移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、照相机等的移动电源，也可作为电动汽车等的动力电池。为了进一步提高锂离子电池的性能，人们对锡基负极材料进行了不断的研究开发，旨在获得新型高比容量、高稳定性、高安全性和低成本的锂离子电池电极材料。

1997年，Yoshio Idota等在Science上报道了非晶态锡的氧化物储锂材料(Science，1997，276：1395-1397)，其可逆放电容量可达到600mAh/g以上，脱嵌锂电位较低，电极结构稳定，循环性好，具有良好的应用前景，引起了人们对这类储锂材料的广泛研究。研究中发现，锂在锡微粒的嵌脱过程中，引起了锡微粒体积的膨胀和收缩，当锂嵌入时，其体积可膨胀259％(J.Electrochem.Soc.，1997，144：2045)。这种膨胀和收缩容易导致锡簇结构的崩溃，从而使贮锂容量迅速降低。因此目前许多研究者都致力于这种高储锂性能材料的改性与优化设计，如采用氧化物作为前驱体，在充放电过程中氧化物首先发生还原分解反应，形成了纳米尺度的活性锡，并高度分散在无定形Li₂O介质中，从而抑制了体积变化(J.Power Sources，1999，81-82：346)。或者采用超细合金及活性/非活性复合合金体系，主要包括Sn/Cu(J.powersources，2002，107：48-55)、Sn/Sb(J.power Sources，2001，94：189-193)、Sn/Ni(Materials Science Forum，2001，360-362：595-602)等等。但是引入惰性材料(如Li₂O)降低了总的比能量，造成了较大的不可逆容量损失，削弱了Sn嵌锂容量高的优点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种高比容量、循环性能稳定的锂离子电池锡-碳纳米管负极材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述锂离子电池锡-碳纳米管负极材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种锂离子电池锡-碳纳米管负极材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)首先将硫酸和硫酸亚锡混合并搅拌，混合液中硫酸亚锡含量为25～35g/L，硫酸含量为90～110mL/L；

(2)在上述混合液中加入用量为5～10ml的添加剂SS-820和用量为0.1～0.5ml的添加剂SS-821，这两种添加剂均为上海市轻工所研制的820体系光亮剂(浙江黄岩荧光厂生产)；

(3)然后加入碳纳米管，使其含量为0.5～50g/L；在0.2～2A/dm²电流密度下，镀液温度为15～50℃，以磁力或超声均匀搅拌，以铜箔为基体电镀0.5～30分钟，使得碳纳米管与锡共沉积，得到锡-碳纳米管负极材料。

所述添加剂SS-820和SS-821是电镀行业通用的添加剂。SS-820和SS-821的基本组成由以下三部份组成：表面活性剂(OP-21、OP-10、TX210)、苄叉丙酮和甲醛；并添加有附加剂(萘酚、烟酸、甲酚、对(间、邻)苯二酚、酚磺酸、二氨基二苯甲烷)。其中SS-820光亮剂用于配槽，SS-821光亮剂用于添加。这两种添加剂的主要作用是提高镀液稳定性和阴极极化，消除镀层条纹，使镀层平整光亮。

步骤3中，所述碳纳米管在加入前经纯化处理和超声分散。

步骤3中，优选碳纳米管的含量为2g/L，镀液温度为35℃，电流密度为0.375A/dm²，

采用上述方法制备得到的锂离子电池锡-碳纳米管负极材料，其中锡作为活性物质，碳纳米管呈网络结构镶嵌在锡层中。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明锡-碳纳米管负极材料中，由于镀锡层内镶嵌有大量的碳纳米管，所以由该负极材料制成的工作电极在充放电循环过程中，碳纳米管在锡活性物质中构建成连接网络结构，为锂离子提供嵌脱通道，同时碳纳米管起强韧作用，降低了电极由于体积变化而破碎的程度，提高了电极的循环性能。

(2)本发明工艺简单，操作简便，为工业化生产提供了条件，具有显著的实用价值和经济效益。

附图说明

图1：不含碳纳米管的电镀锡电极扫描电镜图。

图2：本发明制备的锡-碳纳米管的锡电极扫描电镜图。