[发明专利]一种锂离子电池Sn-Co/C合金负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种锂离子电池Sn-Co/C合金负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有电压高、比能量高、工作温度范围宽、环境友好、无记忆效应等优点而备受关注，已应用于各种便携式电子产品，如手机、数码相机、笔记本电脑和电动工具等领域，并且逐步成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给之一。电池的进步很大程度上取决于电极新材料的进展，目前锂离子电池的负极材料基本上都是石墨和各种碳材料。虽然商业化石墨类碳负极材料具有较好的循环性能，但质量比容量较低（理论值为372mAh/g），特别是体积比容量相当有限，嵌锂电位很低易引发安全性问题，高倍率充放电性能较差等问题，远不能满足未来高容量长寿命电子设备及其电动汽车的需求。

目前，金属及合金材料的研究多集中于新型高效储锂负极材料体系，其中Sn因其具有比碳材料高得多的比容量（理论比容量分别为994mAh/g，是石墨容量的两倍多）、价格便宜和容量高而备受关注，逐步成为最有希望取代石墨负极的材料之一。然而纯Sn作为锂离子电极负极材料，在锂离子嵌脱过程中体积膨胀率达100～300%，引起Sn等锂活性物质的机械分裂，导致电极崩塌粉化失效、电极循环性能下降。针对这种缺点，目前的研究主要集中在复合氧化物和与其他金属化合形成中间相化合物。合金材料大多采用活性和非活性元素形成的合金材料如Sn-Ni合金作为锂离子电池负极材料，这类材料在锂离子嵌入和脱出的过程中会形成活性和非活性物质结构材料，活性物质与锂反应提供能量，非活性物质充当“缓冲体”维持电极的基本结构保证电极的循环寿命。在引入非活性材料时，虽然循环性能有较大改善，但存在电极容量减少的问题。专利申请200710176459.7公开了一种锂离子电池锡钴碳复合负极材料的制备方法，该申请采用碳热还原法，以锡、钴化合物为原料，利用过量的碳粉进行还原形成的锡钴合金制备锡钴碳复合负极材料，但是在制备过程中产生大量的CO，容易造成大气污染，不利于环保，同时热碳还原很难还原彻底而引入其他副产物杂质。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锂离子电池Sn-Co/C合金负极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由下述制备方法得到的锂离子电池Sn-Co/C合金负极材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂离子电池Sn-Co/C合金负极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将Sn粉和Co粉按质量比97：3～99：1混合后抽真空，300～1000℃熔化0.5～3h后进行离心喷雾，冷却，得到Sn-Co复合材料；

（2）将步骤（1）的Sn-Co复合材料加入到1～3mol/L的酸溶液中进行酸处理，得到酸处理后的Sn-Co材料；

（3）将有机碳源倒入无水乙醇中进行充分溶解后加入步骤（2）的Sn-Co材料，搅拌均匀，干燥，得到干燥材料A；步骤（2）的Sn-Co材料与有机碳源的质量比优选为1：2.2～1：3.53；

（4）将步骤（3）的干燥材料A置于管式炉中，氮气保护下以2～4℃/min升温，于400～500℃烧结使其碳化，完成一次碳包覆，得到Sn-Co/C材料A；

（5）将沥青均匀溶解于四氢呋喃后加入步骤（4）的Sn-Co/C材料A，搅拌均匀，进行离心喷雾，冷却至50～120℃，得到干燥材料B；步骤（4）的Sn-Co/C材料A与沥青的质量比优选为1：0.29～1：0.41；

（6）将步骤（5）的干燥材料B置于管式炉中，氮气保护下以2～4℃/min升温，900～1000℃烧结使其碳化，完成二次碳包覆，得到Sn-Co/C合金负极材料；

步骤（1）中：

所述的Sn粉优选为直径10～100μm的Sn粉；所述的Co粉优选为直径10～100μm的Co粉；

所述的Sn粉和Co粉的质量比优选为98：2；

所述的熔化优选在高温熔炼炉中进行；

所述的离心喷雾优选在喷雾塔中进行，所述的喷雾塔的离心速度优选为1000～30000r/min；所述的冷却的温度优选为10～100℃；

步骤（2）中：

所述的Sn-Co复合材料和酸溶液的质量体积比优选为1g/3.7ml～1g/11.1ml；

所述的酸溶液优选为酸的水溶液；所述的酸优选为硝酸、硫酸或盐酸；

所述的酸处理的时间优选为2～5h；

步骤（3）中：

所述的有机碳源优选为柠檬酸、葡萄糖或蔗糖；