[发明专利]一种锂电池用纤维状多孔氧化锡负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种用于锂电池的纤维状多孔氧化锡负极材料及制备方法。通过在锡中预先分散氯化钠晶粒，纺丝后形成的纳米线中氯化钠以晶粒形态分布，进一步通过二阶氧化，使锡纳米线转化为氧化锡纳米线，同时掺杂于锡的氯化钠晶粒熔融形成晶粒缺陷孔，孔缺陷被氧化，从而使得氧化锡纳米线布满均匀的贯通孔。这种具有贯通孔的纤维状氧化锡可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度。并解决了在充放电循环过程中氧化锡体积膨胀收缩导致的粉化,使氧化锡的电容量损失大幅减低。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种锂电池用纤维状多孔氧化锡负极材料及制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展，人类面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，世界各国都不断寻求更加清洁环保的绿色能源。其中，锂电池由于其具有能量密度高、电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点，被广泛应用于动力电池。锂电池的正极材料研究相对较多，无论从材料种类的选择还是改性，都达到了较高的水平。随着正极材料的发展，特别是在动力电池中的应用，现有以碳为主的负极材料越来越不适应发展的需要。负极材料作为储锂的主体，其容量和稳定性是影响性能的关键。

目前，商品化的锂离子电池主要采用石墨或改性石墨作为负极材料。然而，石墨的理论嵌锂最大容量仅为372mAh/g，且首次不可逆损失大、倍率放电性能差，另外，在锂离子嵌入时，电解液的部分溶剂也会跟随嵌入，容易发生结构的变化。显然不能满足车用锂离子电池大功率、高容量的要求。因此，在锂电池领域，目前急需负极材料的更新换代。

已有研究表明，纳米过度金属氧化具有较高的理论比容量，而且容量保持率高，如硅、钛、锡等的氧化物成为研究的热点。但这类过渡金属氧化物材料在锂离子嵌入和脱出的过程中会有较大的体积膨胀和收缩变化，从而导致电极材料的粉化，进而与集流体失去电接触，极大的影响了此类材料的循环性能以及应用。

氧化锡因为具有高比容量( 理论充放电容量为790mAh/g)、低嵌锂电势、安全性能好等优点而倍受关注，而且氧化锡资源丰富，价格便宜，对环境污染小，有望替代碳材料成为新型锂电池负极材料。但是氧化锡在嵌脱锂过程中同样存在严重的体积效应，首次充放电膨胀收缩率高达50%以上, 并且循环期间锂离子的反复嵌入与脱出过程中易出现粉化现象，从而导致氧化锡首次不可逆容量较大，电化学性能迅速下降，循环稳定性较差，限制了它在锂离子电池中的广泛应用。

技术人员企图通过改变氧化锡的颗粒大小和形貌来改善其性能,如纳米带、纳米线、纳米粒子、空心球等。通过纳米化缩短电子、离子的传输距离，增大电极/ 电解液界面的面积，特别是可缓冲体积变化所产生的应力，进而提高电极材料的循环稳定性。如中国发明专利CN 103708535B公开一种碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料，通过使氧化锡纳米线化，可以提高储锂能力和锂离子扩散速率，缓解体积变化的影响。但均未能从根本上解决体积膨胀和收缩变化导致的粉化现象。

发明内容

针对氧化锡用于锂电池负极存在体积膨胀粉化、电容量损失大、寿命短的缺陷，本发明提出一种用于锂电池的纤维状多孔氧化锡负极材料，其特征是氧化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，该贯通孔是由晶粒缺陷产生，一方面使氧化锡具有优异的电子传导功能，另一方面嵌锂发生在贯通孔，有效地抑制氧化锡的体积膨胀收缩，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度。有效解决了普通纳米线氧化锡电容量损失大、寿命短的缺陷。本发明的另一目的在于提供一种用于锂电池的纤维状多孔氧化锡负极材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于锂电池的纤维状多孔氧化锡负极材料，其特征是氧化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，所述贯通孔是为晶粒缺陷孔。

一种用于锂电池的纤维状多孔氧化锡负极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：