[发明专利]一种锂离子电池锡碳负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料制备方法，具体涉及锡碳负极材料的制备方法。

技术背景

电子电器小型化、高能化、便携化的趋势，空间技术的发展和国防装备的需求以及电动汽车的研制和开发，对锂离子电池的性能有更高的要求。目前商品化锂离子二次电池中大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系，由于该电池体系中负极本身的理论储锂容量较低，单纯的通过工艺改进很难满足人们对电池容量越来越高的需求，因此寻求容量更高的负极材料成为负极材料研究的热点：负极材料研究发现如Sn、Si、Al、Sb等可与锂形成合金的金属或合金材料具有远远大于石墨的理论容量，引起了电池材料界的广泛关注。但该类材料具有很大的体积效应，导致材料在充放电过程中材料结构的不稳定性增强，材料粉化进而引起安全性能问题。

Sn基负极材料由于具有很高的理论克比容量和体积比容量，低的嵌锂电位，较其他金属基材料有更高的稳定性而倍受瞩目。但锡基材料与其他金属基材料一样，锡基材料在脱嵌锂的过程中，存在着严重的体积效应，造成电极的循环稳定性变差，材料在电化学循环过程中易粉化，造成严重的安全隐患。

炭气凝胶是唯一具有导电性的凝胶，是一种由纳米碳颗粒相互连结而成的轻质纳米多孔碳材料，纳米碳颗粒在三维空间相互堆叠并形成丰富的中孔，而且在纳米碳颗粒内部、表面和相互连结处还含有一定量的微孔，因此，孔隙率大于80％，典型孔隙尺寸小于50nm，材料的比表面积高达400～1100m²/g，密度变化范围0.05～0.80g/cm³，电导率高达25S/cm。炭气凝胶的独特结构与电学特性使其在电化学超级电容器、燃料电池和锂离子电池等电化学能量储存与转换系统领域展现出良好的应用前景。

针对锡的体积效率，将锡与具有弹性且性能稳定的载体复合，缓冲锡的体积变化，将是提高锡类材料稳定性的有效途径。虽然碳材料的充放电比容量较低，但碳类材料具有相对弹性的结构，特别是具有多孔网络结构的炭气凝胶，是良好的锂离子和电子导体，本身具有较高的嵌锂容量，其嵌脱锂体积变化小，循环稳定性好。因此通过Sn、炭气凝胶间的优势互补，制备成复合性能优异的锡碳复合材料具有一定的实际意义。目前报道的制备锡碳复合材料方法有：高温固相反应、机械球磨法、沉淀法等。高温同相反应法一般是在还原性气氛中进行高温同相反应，将锡单质或锡合金沉积到碳材料的表面上，得到锡合金与碳的复合材料。高温固相反应工艺过程简单，但循环稳定性仍有待改善(Y.Liu，et al.Journal of Power Sources，2003，119-121：572-575.)；机械球磨法能量利用较低，耗时长，不利于节能和大规模制备，而且锡和碳的结合力有限(WANG G X，et al.Journal of Power Sources，2001，97-98：211-215.)；沉淀法所得材料的循环稳定性、电化学可逆性均不理想(WANG G X，et al.Journal of Applied Electrochemistry，2004，34：187-190)。

发明内容：

针对以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种能有效延长锡碳负极材料的衰减速度、改善锡碳负极材料循环性能的锂离子电池负极材料制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池锡碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青溶解于甲苯中形成沥青溶液；

(2)将SnCl₂溶解于乙酸中形成助溶剂；

(3)根据预定配方将步骤(1)、(2)配好的石油沥青溶液、助溶剂和糠醛、催化剂混合之后倒入反应瓶中并密封，于60～100℃间加热1天以上(一般为1～10天)得到有机溶剂凝胶；

(4)将(3)所得的有机溶剂凝胶置于空气中自然干燥2天以上(一般为2～10天)或先自然干燥约1天然后直接加热烘干5小时以上(一般为1～24小时)得到有机气凝胶；

(5)将(4)所得的有机气凝胶置于碳化炉中，在惰性气体保护下加热碳化，碳化温度700℃以上(一般为700～900℃)，碳化时间60分钟以上(一般为60～180分钟)，之后自然降温冷却，取出产品，得到锡碳纳米复合材料。所述催化剂为硫酸或者盐酸。