[发明专利]预锂化锡基负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种预锂化锡基负极材料的制备方法，包括以下步骤：取SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂溶于纯水中，加热得到第一混合液，冷却至室温；加入葡萄糖或者蔗糖，搅拌溶解后，加热得到第二混合液，冷却至室温；然后离心冻干，煅烧得到碳包覆二氧化锡纳米颗粒；将其与锂片组成原电池，进行原电池反应得到预锂化碳包覆二氧化锡纳米颗粒，即预锂化锡基负极材料。上述预锂化锡基负极材料可以直接与硫正极材料匹配形成锡硫锂离子全电池；本发明通过对锡基负极进行预锂化，避免了对正极材料的锂化过程，得到的锡硫锂离子全电池拥有着优异的循环性能、高能量密度、高倍率性能以及高使用寿命。

技术领域

本发明属于化学电源技术，具体涉及一种预锂化锡基负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于移动设备以及电动汽车和其他一些电动设备的兴起，储能装置已经引起了越来越多的关注，而在这当中，由于具有高能量密度已经良好的循环性能，锂电池吸引了科学家们极大的关注，这也导致了锂电池近年来的大发展。然而，随着高耗能设备越来越多，传统的锂离子电池已经越来越跟不上人们的需求，因此大容量的锂离子电池已经越来越受到关注。硫作为新型锂电池正极材料拥有着高达1672mAh g-1的比容量，同时成本低廉，是一种非常理想的锂电池正极材料。但是现有硫正极材料通常用于锂金属电池中作为正极材料使用，而于锂离子电池当中的实际应用则非常有限，原因是硫化锂的性质非常不稳定，且对硫的锂化比较困难。因此，对于锂离子硫电池而言，预先充锂的高性能负极材料开发显得尤为关键，目前依然是技术难题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种适用于锡硫锂离子电池中与硫基材料正极直接匹配的预锂化的锡基负极材料。

本发明所述的一种预锂化锡基负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂溶于纯水中，将得到的水溶液加热至90～230℃，保持3～72小时，得到第一混合液，冷却至室温；

(2)向步骤(1)冷却后的第一混合液中加入葡萄糖或者蔗糖，搅拌后，加热至90～230℃保持1～72小时，得到第二混合液，冷却至室温；

(3)将步骤(2)冷却后的第二混合液离心，取沉淀物冻干，然后置于300～900℃，氮气或者氩气气氛中煅烧1-20h，得到碳包覆二氧化锡纳米颗粒；

(4)将步骤(3)所得碳包覆二氧化锡纳米颗粒与锂片组成原电池，进行原电池反应1-72小时，得到预锂化碳包覆二氧化锡纳米颗粒，即预锂化锡基负极材料。

步骤(1)中，所述得到的水溶液是指将0.1g～50g SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂溶于10～200mL纯水中得到。进一步优选的为20～100mL纯水。

步骤(1)得到的第一混合液为白色的二氧化锡纳米结晶沉淀。

步骤(2)中，加入的葡萄糖或者蔗糖与SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂的质量比为0.5～20:1。

进一步优选的，步骤(2)中，加入的葡萄糖或者蔗糖与SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂的质量比为0.5～5:1。

步骤(2)中，搅拌一方面使得加入的葡萄糖或者蔗糖溶解，另一方面能够使得步骤(1)得到的二氧化锡纳米结晶均匀的分散于溶液。所述第二混合液为棕色至黑色的纳米级碳包覆二氧化锡颗粒分散液。

步骤(3)中，所得碳包覆二氧化锡纳米颗粒粒径为5～2000nm。