[发明专利]锂离子电池的锡钴合金负极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域。特别是涉及锂离子电池的锡钴合金负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是最新一代的绿色高能充电电池，是在锂二次电池研究的基础上，于20世纪90年代初迅速发展起来的新型电源体系，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点。近10年来得到了飞速发展，并以其卓越的高性能价格比优势在笔记本电脑、移动电话、摄录机、武器装备等移动电子终端设备领域占据了主导地位，被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

目前商业化的锂离子电池负极材料大多采用碳类材料，虽然该材料的电化学性能优异，但是储锂容量较低。其实际比容量目前已非常接近其理论比容量，进一步开发其比容量的潜力已经非常小，从而难以适应现在各种便携式电子设备的小型化发展及电动汽车的发展对大容量高功率化学电源的广泛需求。因此，研究开发具有高比容量的新型锂离子电池负极材料成为当前的研究热点。

锡能与锂进行可逆的合金化与去合金化反应，具有良好的嵌脱锂性能；形成Li_4.4Sn合金时，其理论质量比容量为994mAh/g，体积比容量更可高达7200mAh/cm³，因而是一种很有前景的负极材料，受到各国的关注。但是金属锡在反复嵌脱锂过程中，由于锡原子较为柔软且熔点较低，易聚集成原子簇，一旦形成原子簇材料中就会出现两相区，导致循环过程中体积不匹配，会导致主体材料破碎、粉化，从而使得电极的充放电效率降低，循环性能很差，因而不能单纯用金属锡作为锂离子蓄电池的负极材料。为了解决主体材料的膨胀问题，人们提出了制备锡氧化物和锡基合金电极的方法。虽然锡氧化物由于初次嵌锂时形成的Li₂O作为缓冲基体，能很好的抑制电极膨胀，提高电极性能，但是由此就存在首次循环不可逆容量过大的问题；而锡基合金采用活性/非活性或活性/活性结构，嵌脱锂时由于受到其他元素的缓冲作用，能够有效的抑制电极膨胀，提高了电极的循环寿命。因而锡基合金成为当前锂离子蓄电池负极材料的研究热点。

发明内容

本发明的目的是采用电沉积的方法，制备不同比例的锡钴合金负极材料，用于提高锡钴合金负极材料的电化学性能，主要是提高容量和循环性能。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种锂离子电池的锡钴合金负极材料，其中至少含有Sn、Co₃Sn₂、CuSn或CoSn₃的两种材料，表面有苞状和球状两种形状，大小为5～50μm。

本发明的锂离子电池的锡钴合金负极材料，组份和重量百分比含量如下：

Sn：    70～93

Co：    7～30。

本发明的锂离子电池的锡钴合金负极材料的制备方法，其步骤如下：

1)首先在铜基体上附着一层锡；

2)配制镀液：锡盐10～50g/L，钴盐5～20g/L，K₄P₂O₇·3H₂O100～400g/L，柠檬酸10～30g/L，甘氨酸10～30g/L，蛋氨酸2～10g/L；

3)通过电沉积方法：控制温度15～35℃，Ph＝8～9，电流密度为5～20mA/cm²，通电

时间为0.5～2.5h，得到锡钴合金材料。

所述的锡盐包括SnCl₂·2H₂O，SnSO₄，所述的钴盐包括CoCl₂，CoSO₄。

本发明的优点在于工艺过程简单，耗时较少。制备出的锡钴合金结晶度高，为3～50微米的多晶颗粒，因而比表面积较低，不易发生严重的团聚和表面氧化，减少了负极材料的不可逆容量。制备出的锡钴合金锂离子电池负极材料比容量高，循环性能稳定，可逆容量最高达到545mAh/g，循环10次后仍保持在400mAh/g以上。

附图说明

图1：为实施例1中锡钴合金的XRD图。

图2：为实施例1中锡钴合金的SEM图。

图3：为实施例1中锡钴合金负极材料的比容量-循环次数曲线。

图4：为实施例2中锡钴合金的XRD图。

图5：为实施例2中锡钴合金的SEM图。

图6：为实施例2中锡钴合金负极材料的比容量-循环次数曲线。

图7：为实施例3中锡钴合金的XRD图。