[发明专利]锡基/石墨烯锂离子电池复合负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池复合负极材料的制备方法。

背景技术

现有的商业化锂离子电池使用碳材料作为负极。碳的理论比容量为372mAh·g^-1，难以满足日益增长的便携式设备的用电需求。锡与锂可以可逆地形成合金，其理论比容量为990mAh·g^-1，储锂容量高，是可替代碳的锂离子电池负极材料。但是由于锡与锂合金化过程中的体积变化巨大，电极材料逐渐粉化失效，使得电池的循环寿命非常短。为了使金属锡负极材料能够实用化，必须要解决电极充放电循环过程中的体积膨胀问题。

使用锡基合金作为负极材料，可以减轻体积膨胀。此外，石墨烯属于一种没有能隙的半导体材料，作为锂离子电池负极材料具有非常优良的导电性和导热性，可以保证良好的电子传输通道和材料的稳定性，有助于提高电池的功率性能。锡/石墨烯锂离子电池负极材料和锡合金/石墨烯锂离子电池负极材料能够解决电极充放电循环过程中的体积膨胀问题，并且提高负极材料的容量、倍率性能和循环稳定性。专利申请号201110302809.6的发明中介绍了一种石墨烯/锡单质复合电极片的制备方法，该方法中使用了石墨烯和锡盐的醇溶液作为电解液，所用到的乙醇、丙醇或异丙醇存在易燃的安全隐患，并且醇类容易挥发，镀液组成不易控制。《片状锡在石墨烯薄膜层间纳米空间的限域制备及其电化学性能研究》(中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会：低维碳材料，2014)介绍了一种制备三明治结构的石墨烯/锡复合薄膜的方法。该方法利用石墨烯薄膜层间紧密的二维纳米空间作为新型的模板，采用在氧化石墨烯片层预先“播种”的方法，引导高温熔化的锡沿着二维纳米空间进行生长，但是该方法需要提供热源使锡融化。

锂离子电池中的集流体一般为厚度10～20μm的铜箔或镍箔，在电镀时仅需在其单面电沉积负极材料，并保持背面清洁，这就需要解决集流体背面如何封闭的问题，以确保其不被电镀液污染。使用胶带封闭法时，由于集流体较薄，去除胶带时会将其撕裂。使用绝缘胶封闭时，去除胶膜时使用的溶剂会污染已沉积的负极材料。因此，有必要设计专门的夹具来实现锡基/石墨烯复合材料在集流体上的单面电沉积。

发明内容

本发明要解决现有锂离子电池中的锡基/石墨烯锂离子电池复合负极材料难以批量制备，且集流体无法实现单面电沉积的问题，而提供锡基/石墨烯锂离子电池复合负极材料的制备方法。

本发明的锡基/石墨烯锂离子电池复合负极材料的制备方法，所述的锡基/石墨烯锂离子电池复合负极材料为锡/石墨烯锂离子电池复合负极材料时，制备方法是按以下步骤进行：

一、镀液的配制：首先将配位剂加入到水中，再依次加入锡盐、还原剂、晶粒细化剂、分散剂和氧化石墨水溶液，搅拌均匀，得到混合液，然后在温度为25℃～30℃的超声波发生器中超声1h～3h，得到镀液；

所述的镀液中锡盐的浓度为20g/L～80g/L；所述的镀液中配位剂的浓度为100g/L～300g/L；所述的镀液中氧化石墨的浓度为1g/L～10g/L；所述的镀液中还原剂的浓度为3g/L～20g/L；所述的镀液中分散剂的浓度为1g/L～10g/L；所述的镀液中晶粒细化剂的浓度为0.1g/L～5g/L；

二、组装阴极装置：将打好定位孔的集流体金属箔安装到阴极装置中，得到组装后的阴极装置；

三、阴极装置的预处理：将组装后的阴极装置整体浸入到化学除油液中，化学除油液的温度为30℃～40℃，除油时间为5min～10min，然后依次用自来水和去离子水清洗，得到化学除油后的阴极装置，然后将化学除油后的阴极装置整体浸入到活化液中，活化液的温度为室温，活化时间为1min～3min，最后依次用自来水和去离子水清洗，得到预处理后的阴极装置；

所述的化学除油液由氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠及水组成；所述的化学除油液中氢氧化钠的浓度为5g/L～10g/L；所述的化学除油液中碳酸钠的浓度为15g/L～20g/L；所述的化学除油液中硅酸钠的浓度为15g/L～20g/L；所述的活化液为质量百分数为10％～20％的硫酸溶液；

四、复合电沉积：以预处理后的阴极装置为阴极，以纯度为99.9％的锡板为阳极，将预处理后的阴极装置和锡板阳极浸入镀液中，采用直流电源，在电流密度为1A/dm²～5A/dm²及搅拌速度为200rpm～600rpm下，沉积1min～5min，取出阴极装置并用自来水清洗，然后将沉积后的集流体金属箔从阴极装置中取出，依次使用自来水和去离子水清洗，得到带沉积层的集流体金属箔；