[发明专利]纳米晶二氧化锡锂离子电池负极材料的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种纳米晶结构二氧化锡锂离子电池负极材料的低温制备方法。

背景技术

锂离子蓄电池作为一种高性能的可充绿色电源，近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，将被逐步开发为电动汽车的动力电源，从而推动其向安全、环保、低成本及高比能量的方向发展。新型高能化学电源技术的快速发展，对电池材料提出了更高的要求，高能量密度、高功率密度、低成本、对环境友好的新型电池材料是现在和未来的研究重点。锂离子电池的负极材料是提高锂离子电池可逆容量与循环寿命的关键因素。目前，碳材料(包括石墨、软碳和硬碳)是商品化的锂离子电池的主要负极材料。但是碳材料的储锂能力较低(理论比容量为372 mAh/g)，限制了锂离子电池容量的进一步提高。SnO₂由于具有较高的储锂容量（781 mAh/g），是一种很有前景的锂离子电池负极材料。然而，这种材料在充放电过程中体积变化较大，并且会发生形成Li₂O的不可逆反应，导致其较差的循环性能。研究表明，具有纳米结构的电极材料具有较高的比表面积，在充放电过程中锂离子嵌入深度小，而且纳米粒子之间存在较大的空间，这使得具有纳米结构的SnO₂粒子在充放电过程中可以减少体积变化的影响，从而使电极不容易破碎，提高电池的循环性能，延长电池的使用寿命。

水热或溶剂热等湿化学法通常被用来制备SnO₂的各种纳米结构，如纳米粉体、纳米线、纳米空心球、纳米管等。SnO₂的纳米空心球和纳米管结构一般需要模板来协助其纳米结构的形成，使制备工艺变得繁琐。而且湿化学法得到的前驱体反应物一般要经过较高温度（> 400°C）的煅烧处理，才可以得到应用于锂离子电池负极材料的纳米结构SnO₂。因此，从生产工艺控制和节能环保方面考虑，寻求一种低温简便的合成纳米晶结构SnO₂锂离子电池负极材料的制备方法对于高容量锡基负极材料有很大的推动作用。

室温离子液体是由特定有机阳离子和阴离子构成的在室温或接近室温下呈液态的熔盐体系，它具有一系列独特的物理化学性能，是一种真正的“绿色”溶剂。深共熔溶剂型离子液体[A. P. Abbott, D. Boothby, G. Capper, D. L. Davies and R. K. Rasheed, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 9142-9147]具有合成简单、廉价、纯度高、应用简便等特有优点。此外，深共熔溶剂大多为可生物降解的有机物。因此，鉴于离子液体的众多优势，以深共熔溶剂型离子液体作为溶剂，纳米SnO₂锂离子电池负极材料的低温制备技术具有广的应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米晶结构二氧化锡锂离子电池负极材料的低温制备方法。

本发明的纳米晶结构二氧化锡锂离子电池负极材料的低温制备方法其步骤如下：

（1）将SnCl₂ ·2H₂O溶解在氯化胆碱基深共熔溶剂中，搅拌均匀，配制成浓度为10.0~50.0 g/L的反应溶液；

（2）搅拌下，在上述每升反应溶液中以0.5~3 ml/min的速度加入20~60 ml水合肼，室温下，反应1~3 h后离心分离，依次用甲醇和去离子水清洗沉淀产物，然后在40~100°C下干燥，得到纳米晶结构二氧化锡锂离子电池负极材料。

进一步地，上述步骤（1）中的氯化胆碱基深共熔溶剂是氯化胆碱与乙二醇按摩尔比1：2混合液，或者是氯化胆碱与尿素按摩尔比1：2混合液。

本发明中采用氯化胆碱基深共熔溶剂型离子液体作为反应溶剂，SnCl₂·2H₂O作为锡源，水合肼（N₂H₄·H₂O）作为还原剂。其反应机理为N₂H₄·H₂O还原反应体系中的Sn²⁺，在溶液中首先形成纳米金属Sn颗粒，由于纳米Sn晶粒尺寸极小，具有较高的反应活性，就会自发的转变为SnO₂。

本发明的优点在于：