[发明专利]一种具有高可逆容量的氧化锡基负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高可逆容量的氧化锡基负极材料，所述氧化锡基负极材料为一种锂离子电池复合负极材料体系的SnO₂‑M‑C复合粉体材料，其中M代表过渡金属元素，包括Mn，Fe，Co，Cu，Ni过渡金属，过渡金属M占质量百分比含量的5～30％；C为石墨类碳材料；碳材料粉末C占质量百分比含量的5～50％，余量为SnO₂粉体；本发明还提供了一种具有高可逆容量的氧化锡基负极材料的制备方法。本发明具有高可逆容量的氧化锡基负极材料，通过在SnO₂中添加过渡金属M、石墨类碳材料C，制备出结构稳定性好的SnO₂基复合负极材料，以获得更长的充放电循环寿命；同时还能够起到改善SnO₂负极嵌锂转化反应的可逆性，提高氧化锡基负极材料嵌锂～脱锂过程的结构稳定性和可逆性，以及电极材料的导电性。

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，涉及一种锂离子电池材料，具体涉及一种具有高可逆容量的锂离子电池用氧化锡(SnO₂)基复合负极材料及其制备方法。

背景技术

新型信息通讯技术、电动汽车、智能电网等产业的迅速发展对锂离子电池的储能容量、能量密度、寿命、安全性等方面提出了更高的要求。然而，受到了现有电极材料比容量低的制约，目前锂电子电池无法满足上述领域的应用需求。因此，新一代锂离子电池性能的提高将主要取决于高比容量电极材料体系的发展。基于嵌锂～脱锂机制的锂离子电池的能量存贮与释放依赖于Li⁺在正负极材料内部的嵌入和脱出。因此，提高电极材料Li⁺嵌入和脱出的可逆性对锂离子电池的高能量密度和长寿命至关重要。尤其是许多高比容量电极材料的嵌锂转化反应都涉及到了Li₂O的产生，而如何从根本上解决材料中Li₂O的Li⁺脱出的可逆性问题，成为了高容量锂离子/锂～空气电池开发所面临的关键科学与技术难题之一。

相比于石墨、Sn金属等负极，Sn基氧化物具有更高的储锂容量、热稳定性和更多样化的可调控微纳结构。SnO₂的理论质量比容量为1494mAh/g，体积比容量更是高达10220mAh/cm³，比Si负极(9744mAh/cm³)和Li负极(2277mAh/cm³)都要高。如果SnO₂负极能够实际应用，将能大幅度提高锂离子电池体系的比容量和能量密度。因此SnO₂基负极材料持续成为研究热点。与金属Sn和过渡金属氧化物的嵌锂反应机制不同，SnO₂的嵌锂的通过两步反应完成:(1)转化反应(SnO₂+Li⁺→Sn+Li₂O)；(2)合金化反应(Sn+xLi⁺←→Li_xSn)。但由于转化反应的可逆性差，而且合金化反应的体积膨胀大，所以SnO₂存在首次不可逆容量大，循环稳定差等问题。

针对循环稳定性差问题，目前最有效的解决方法是将纳米尺度的SnO₂与各种碳材料(石墨、石墨烯、碳纳米管/纳米纤维、多孔/介孔碳等)进行复合，形成稳定的微纳结构。在这方面，国内外尤其是国内高校和研究所的许多课题组开展了大量的工作，目前所报道的部分材料体系是具有一些非常优异的循环稳定性。但需要指出的是，目前SnO₂负极存在的首次不可逆容量大的问题，仍是阻碍Sn基氧化物负极实际应用的最主要原因。