[发明专利]一种锡基复合氧化物材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锡基复合氧化物材料及其制备方法和应用。

背景技术

Sn基氧化物在我们日常生活中有着广泛的应用，特别是其具有优异的电化学性能，例如相对于碳类材料具有高的比容量；在嵌锂过程中不存在类似于石墨类材料的溶剂共嵌入现象；其嵌脱锂电位较高0.05V-1.0V vs.Li/Li+，，提高了材料的高倍率放电性能，在锂离子电池的负极活性材料或电容器的电极材料等方面有着广泛的应用前景。

但其应用也受到一些因素的制约，例如，在电池中，由于其较高的嵌脱锂电位容易造成电池的工作电压下降，造成电池的能量密度或功率密度的损失；而且，材料在嵌锂过程中，母体结构需要吸纳大量的锂离子及平衡电荷的大量电子，体积膨胀剧烈，产生的机械应力会造成电极材料在循环过程中的逐渐粉化，降低循环性能。

为了提高材料的稳定性，现有技术进行了广泛的研究，例如采用现有性能优异、研究广泛的亚微米或者纳米材料，提高材料的比表面积、缩短离子扩散路径、增强蠕动性及提高材料的塑性，从而减小了活性体的颗粒度，提高了材料的导电性，特别是减缓了材料的严重体积效应。但比表面积的增加，易造成首次充放电过程中更多的锂参与表面成膜反应，同时纳米材料具有高的比表面能，易发生团聚，团聚使电极内部微粒间电接触程度迅速减弱，电极容量和循环性能恶化；此外，纳米颗粒易穿过隔膜聚集在对电极上，导致自放电和安全问题；而且，纳米粒子与乙炔黑等导电剂的尺寸不均一，材料混合较困难，材料的电接触性能差，均阻碍了纳米材料在锂离子电池中的应用。

发明内容

本发明克服了现有纳米锡基复合氧化物比表面大、易团聚，粒径小难应用的缺点，提供了一种能得到很好应用的结构完美、结晶度高、不易团聚及电化学性能优良的锡基复合氧化物材料，能提高电池的循环性能、高倍率放电性能、安全性能和容量，包括结构为多孔微球的锡基复合氧化物，多孔微球是以纳米片为构筑单元相互连接而成，多孔微球的直径为1～3μm，其中，锡基复合氧化物的化学式为SnP_xO_y，其中，1＜X＜1.5，3.5＜y＜4.5。

锡基复合氧化物是以纳米片为构筑单元相互连接组成的放射状结构的多孔微球，此种多孔微球由纳米结构的微粒组成纳米片后连接而成，由于其仍具有纳米微粒的独特性能，因此推测其可能的连接为非共价键连接，例如氢键和范德华键等非共价键很弱，可通过协同作用构筑稳定的纳米结构体系。多孔微球具有所需组分和结构形态功能化的二维及三维网络结构，能充分发挥结构单元优异的性能和单元间的协同作用，且本发明的多孔微球具有独特的结构，粒径均一，形貌完美，很好的提高了材料的性能，特别是电化学性能。

例如在电池应用中，这种多孔微球由于由纳米片构筑单元相互连接而成，且孔结构丰富，电解液非常容易渗透到微球的每一个部分，特别是在高充电/放电速率时，这种多孔微球可以让更多锂离子进入微球内的表面嵌锂位置，有效避免了由于大量锂离子聚集而导致的局部结构破坏，提高了电池的倍率性能和循环性能；同时，多孔微球内纳米粒子构筑单元可以缩短锂离子扩散的距离，使锂离子扩散更加容易，从而更大程度发挥粒子的纳米效应，提高电池的倍率性能；此外，纳米片构筑单元相互连接组成放射状结构，构筑单元采取了较“松散”的堆积方式，活性颗粒不会由于锂嵌入造成单个纳米粒子剧烈的体积膨胀，而造成整体电极的绝对体积效应和严重的机械应力，可以保持材料的结构完整性，同时阻止活性微粒的聚集或增长，增强微结构的稳定性，提高了电池的循环性能；此外材料的尺寸增大，其表面积相应减小，减少了电池在首次充放电循环中锂的消耗，也不会穿透隔膜，提高了电池的安全性能，且颗粒大小与其他电极材料相当，易于混合、制备性能优良的电极材料；而且组装微球也不易发生团聚，提高了电池的性能能够在锂离子电池中的得到很好的应用。

本发明同时提供了上述锡基复合氧化物材料的制备方法，其特征在于，包括将含锡化合物和磷源在酸性条件配成溶液；加入表面活性剂水溶液混匀，水热处理；后焙烧制得。

本发明采用在表面活性剂的辅助条件下，水热合成锡基复合氧化物，制得独特结构的纳米片为构筑单元多孔微球，实现了锡基复合氧化物的三维纳米结构，同时本发明的合成方法简单，易实现。

本发明的锡基复合氧化物材料具有广泛的应用，本发明以电池和电容器为例，可作为各种锂离子电池的负极活性材料或电容器的电极材料。

附图说明

图1a、图1b、图1c为本发明的实施例1制备的锡基复合氧化物的扫描电镜(SEM)图；