[发明专利]一种钠离子电池用负极材料

说明书

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池用负极材料。

背景技术

氧化锡用作钠离子电池负极材料有着比容量高、电压平台低的优点，但由于氧化锡在循环过程中体积膨胀大，从而造成钠离子电池的循环性能差。而纳米级的氧化锡颗粒具有高的比表面积和较高的比容量，但是传统纳米级的氧化锡作为钠离子电池负极材料时，因其体积膨胀(358％)较大，从而导致SEI膜反复形成、脱落，因此，使用纳米级的氧化锡的钠离子电池的循环性能较差。

有鉴于此，本发明旨在提供一种钠离子电池用负极材料，其包括氧化锡颗粒和镶嵌于所述氧化锡颗粒的氧化钛球形纳米颗粒，氧化钛颗粒为氧化锡的体积膨胀提供了空间，从而改善了使用氧化锡的钠离子电池的循环性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种钠离子电池用负极材料，其包括氧化锡颗粒和镶嵌于所述氧化锡颗粒的氧化钛球形纳米颗粒，氧化钛颗粒为氧化锡的体积膨胀提供了空间，从而改善了使用氧化锡的钠离子电池的循环性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钠离子电池用负极材料，包括氧化锡颗粒和镶嵌于所述氧化锡颗粒的氧化钛球形纳米颗粒，所述氧化锡颗粒和所述氧化钛球形纳米颗粒的镶嵌部分为纳米级别的颗粒复合，所述氧化钛球形纳米颗粒的直径为2nm-200nm。氧化钛所起的作用是覆盖一部分氧化锡表面，小的氧化钛颗粒有利于均匀覆盖，氧化钛颗粒过大则无法实现到对氧化钛的均匀嵌入。即氧化钛球形纳米颗粒部分嵌入氧化锡颗粒内，氧化锡颗粒部分嵌入氧化钛球形纳米颗粒内。或者说氧化钛球形纳米颗粒和氧化锡颗粒部分互嵌，且互嵌部分为纳米级别的颗粒复合，如此可以使氧化钛更紧密复合在氧化锡颗粒表面，在电池循环过程中，氧化钛不易因氧化锡颗粒体积膨胀而脱离。

作为本发明钠离子电池用负极材料的一种改进，所述氧化锡颗粒的被嵌入的表面的面积与该氧化锡颗粒的外表面积之比为(0.1-0.8)：1。即氧化锡颗粒的表面为部分嵌入。

作为本发明钠离子电池用负极材料的一种改进，所述氧化钛球形纳米颗粒与所述氧化锡颗粒的质量比为(0.1-0.5):1。氧化钛的量过多则会拉低整体活性材料的比容量，氧化钛的量过低则达不到很好的嵌入效果。

作为本发明钠离子电池用负极材料的一种改进，所述氧化锡颗粒为由粒径为2nm-200nm的一次纳米颗粒团聚成的粒径为50nm-5μm的二次颗粒。氧化锡颗粒越细，比表面积越大，比容量发挥越高。

作为本发明钠离子电池用负极材料的一种改进，所述负极材料的制备方法为：

第一步，氧化锡颗粒的制备：采用水热法制备出氧化锡颗粒，水热法使得氧化锡的前驱体溶液在高温高压的条件下，缓慢形核生成超细的纳米氧化锡颗粒；

第二步，前驱体的制备：将第一步制得的氧化锡颗粒分散在水中，形成氧化锡悬浊液，然后将TiN纳米粉末分散到氧化锡悬浊液中，然后加入双氧水、乙醇、碱溶液和PVP，搅拌均匀，然后在70℃-100℃下加热，得到前驱体。将TiN纳米粉末溶解在SnO₂悬浊液中，TiN在H₂O₂和NH₃·H₂O的协助下，形成Ti⁴⁺的络合物，并迅速地转变为钛系过氧络合物[Ti(OH)₃O₂]^-，但其几乎不溶于乙醇(乙醇在这里作为沉淀剂，由于前期生成的钛的络合物不溶于乙醇，溶于水)，从而缓慢形成小型无定形TiO₂纳米颗粒，它们的大小在加入一定量的乙醇后逐渐增加。最后，小的TiO₂纳米颗粒组装在一起，形成无定形的二氧化钛纳米球，该纳米球的大小是由前驱体溶液和乙醇溶液的体积比所决定的形核和长大的方式确定的。

第三步，负极材料的制备：将第二步得到的前驱体在300℃-500℃下烧结。烧结可以提高氧化钛的结晶性，有利于氧化钛晶格嵌入氧化锡颗粒。

作为本发明钠离子电池用负极材料的一种改进，第一步中，水热法的具体条件为：将SnCl₄·5H₂O配制成溶液，然后将该溶液倒入反应釜中，于110℃-150℃下水热10h-30h。