[发明专利]锂离子电池负极用摇铃结构Sn/C复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池用摇铃结构Sn/C负极材料的制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

人类进入21世纪以来，能源危机日益严峻，环境问题日益凸显，世界各国争相寻找新的绿色可替代能源以及能量转换和储存体系。化学能源是其中非常重要的研究方向之一。锂离子电池是伴随着金属锂电池发展起来的一种新型化学能源。锂离子电池具有能量密度高、环境友好、无记忆效应等优点。电极材料是电池的关键材料，它对锂离子电池的比能量、循环寿命和抗负荷能力起着决定性的作用。

锂离子电池负极材料在世界范围内得到广泛的研究，由于金属锂和锡在充放电过程中可逆的生成锂锡合金，且金属锡的理论比容量为990mAhg^-1，因此可以作为锂离子电池电极材料进行储锂。但是在锂锡合金的生成和分解过程中伴随着巨大的体积变化(>300％)，导致电池的容量随着循环次数的增加快速下降。其次，锡是一种对电解液有强催化活性的活泼金属，在首次嵌锂的过程中因电解液分解降低了电池的首次库伦效率。在充放电过程中因为巨大的的体积膨胀会不断暴露新的活性表面，从而影响材料的循环性能。所以，通过对锡基材料的制备过程的控制和改性能够满足高比容量对负极材料的需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种锂离子电池负极用摇铃结构Sn/C复合材料的制备方法，该方法合成简单成本较低，对设备要求不高；本发明的特点是在一个碳壳内有一个较大的锡颗粒及很多锡的小颗粒，既保留了Sn的高比容量，提供了锡在膨胀时所需空隙，又增加了Sn的电化学循环性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锂离子电池负极用摇铃结构Sn/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备Sn纳米球：将聚乙烯吡咯烷酮和聚2-乙基-2-恶唑啉溶解在三甘醇中，在惰性气体下加热到140-180℃，再滴加SnCl₂溶液，10-15min后滴加NaBH₄溶液，反应15-20min后停止，溶液用乙醇清洗数次后，60-80℃下真空干燥6-8小时，得到Sn纳米球；

2)制备Sn/SiO₂纳米复合粒子：将步骤1)制备的Sn纳米球加入乙醇中，再加蒸馏水后超声，在磁力搅拌下加入NH₃·H₂O，最后加入正硅酸乙酯，得到Sn/SiO₂纳米复合粒子；

3)制备Sn/SiO₂/C纳米复合材料：将上述合成的Sn/SiO₂纳米复合粒子溶于蒸馏水中，之后加入葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶解，再加乙醇，在160-180℃下反应6小时，将所得棕色液体在水中清洗数遍，然后用乙醇清洗几遍，60-80℃下真空干燥6-8小时，得到Sn/SiO₂/C纳米复合材料；

4)制备摇铃结构Sn/C复合材料：将Sn/SiO₂/C纳米复合材料，加入到碳酸钠溶液中反应30-40min，离心分离，先用蒸馏水清洗3次，再用乙醇清洗3次，60-80℃下真空干燥6-8小时，得到摇铃结构Sn/C复合材料。

步骤1)所述的制备Sn纳米球步骤中，聚乙烯吡咯烷酮、聚2-乙基-2-恶唑啉、SnCl₂、NaBH₄的质量比范围为(6-6.2):(2.2-2.5):1:2；所述的三甘醇与聚乙烯吡咯烷酮的质量比范围为1:(60.5-63)。所述的SnCl₂溶液以三甘醇为溶剂，其浓度范围为0.03-0.05g/mL，所述的NaBH₄溶液以三甘醇为溶剂，其浓度范围为0.01-0.03g/mL。

步骤2)所述的制备Sn/SiO₂纳米复合粒子步骤中，所述的Sn纳米球与正硅酸乙酯的质量比范围为3:(4-16)。所述的Sn纳米球、乙醇、蒸馏水、NH₃·H₂O的质量比范围为1:(1052-1315):(133-267):(6-60)。

步骤3)所述的制备Sn/SiO₂/C纳米复合材料步骤中，所述的Sn/SiO₂纳米复合粒子、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮的质量比范围为1:(10-16.7):(1-2)。反应过程中，所述的Sn/SiO₂纳米复合粒子、蒸馏水与乙醇的质量比范围为1:(125-150):(19.72-39.45)。