[发明专利]锡锑和碳纳米纤维活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明锂离子电池负极材料技术领域，是一种锡锑和碳纳米纤维活性材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的研究在近30年间发展迅猛，锡基锂离子负极材料作为一种石墨基碳素材料的可替代品具有比容量高、安全性好的优点，但仍存在嵌脱锂过程中因材料的体积膨胀而引起的锂电循环稳定性差的问题，故研究者们不断从电极材料的选择、电极结构的构建以及改善电极与电解液界面反应等方面开展了诸多研究。

锡锑（SnSb）合金就是典型能改善锡基材料循环稳定性的优选材料之一，近些年越来越多的研究者们将碳(C)作为导电材料加入到锡基材料中，一则可以阻止纳米颗粒的团聚，二则作为一种结构支撑，以过滤网状形式存在有利于离子和电子的传输。因此，选择SnSb作为锂离子负极材料并将其分散在C中，构建一维结构的纳米纤维，则是提高锡基负极材料电化学性能的有效方法。对于锡基负极材料的特殊结构构建，多孔结构具有容纳体积膨胀的空间构成优势，且多孔具有高比电化学界面及丰富的电解液通道，有利于锂离子的脱嵌循环。但目前这种结构的构建方法比较复杂，程序可控性差且获得的形貌结构一致性有待于进一步提高。

近年来，国内外利用静电纺丝技术制备锂电负极材料的相关研究较多，这是因为静电纺丝技术具有操作简单易行、纤维结构多样化的优势，能够使用可控、有效的方式将孤立的原子和分子聚集成我们期望的纳米材料。如Jaechan Kim等利用静电纺丝协同碳化技术在SnO₂和Sn和C上制备了多相SnSb纳米颗粒沉积的纳米纤维应用于锂、钠离子电池；LiwenJi课题组使用静电纺丝技术制备了SnSb-多孔C纳米纤维负极材料，其200圈的容量保持率为99.4%；Soohyun Kim等利用不同种Sn的前躯体使用静电纺丝技术构建了不同层面的Sn颗粒嵌C纳米纤维，其锂电性能因其形貌结构的不同而有所不同。虽然研究中的纤维状电极材料均表现出较优越的电化学性能，但使用静电纺丝制备的纳米纤维负极材料普遍存在首圈库伦效率低（大部分在70%以下）、不可逆容量较高的现象。归结其原因在于充放电过程中不可逆副反应较多，如SEI膜的形成，而且如果形成的SEI膜不稳定还会造成后续循环过程中的库伦效率较低，以至于影响工业化应用进程；另外纺丝过程中带入杂质以及碳化后材料的结晶度低所引起的副反应也会影响库伦效率。目前，这一问题还没有一种行之有效的解决办法。

发明内容

本发明提供了一种锡锑和碳纳米纤维活性材料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有纳米纤维负极材料存在首圈库伦效率低和循环性能差的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种锡锑和碳纳米纤维活性材料，原料含有Sn(CH₃COO)₂、Sb(CH₃COO)₃和质量百分比浓度为8%至12%的PAN和DMF溶液；其中：Sn(CH₃COO)₂和Sb(CH₃COO)₃的总质量与PAN的质量比为1:2，Sn(CH₃COO)₂和Sb(CH₃COO)₃的摩尔比为0.92:0.08。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：