[发明专利]一种蚕沙掺锡铁电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种蚕沙掺锡铁电池负极材料及其制备方法，包括以下步骤：将锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液；将蚕沙干燥去除杂质；将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中搅拌形成均匀浆料；将浆料放入烘箱中烘干；将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，进行第一次球磨；将球磨后的材料放入管式炉中碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑再研磨得到负极材料；本方法使用的蚕沙十分适于制作成电池电极材料等储能材料，这种结构适合掺杂，能够保证掺杂后电极的循环稳定性；本方法向蚕沙中掺入铁、锡元素，能将材料的比容量提升到500mAh/g，库伦效率为96％，充电容量保持在首次的65％。

技术领域

本发明涉及锂电池制备技术领域以及新能源储能领域，具体涉及一种使用蚕沙作为碳源再掺入锡、铁元素制备的锂电池负极材料及其制备方法。

背景技术

在能量存储领域，碳材料的理论比容量为372mAh/g，作为电池来说，这个容量比较小，因此需要提升其比容量。通常的做法是向碳材料中加入比容量较高的金属元素，如锡。由于电池循环充放电的过程中，金属体积膨胀，破坏电极结构，所以电池稳定性不佳。本方法制备多孔碳材为金属的膨胀提供了缓冲空间，提高了电池的循环性能。

锂电池作为一种成熟的电池，在生活中已经得到了广泛的应用，拥有很广的市场。对锂电池的电极通常是碳基材料。向碳基材料中掺杂提高性能是一种常见做法。为了给电池工作过程中的锂、掺杂物质的膨胀留有缓冲空间以避免电池结构被破环，锂电池通常采用多孔、化学及物理稳定、导电性能优异的碳材作为电极材料，同时多孔结构也利于掺杂。

种桑养蚕是中国传统农业生产模式的一种，为中国经济发展做出了一定贡献。然而在这个过程中，家蚕的粪便，即蚕沙，往往是被当作废物给处理掉了，若处理不当，也会对环境造成轻微污染。蚕沙这种材料，是由天然桑叶经过蚕的消化、加工而成的一种具有微米级结构的多孔材料，适合作为锂电池的负极材料的碳基，并且其具有成本低、易获取的特点。

电池负极材料中掺杂不活泼的金属元素，如铁，可以减轻电极由于体积变化产生的机械压力，增强材料的机械性能，使得电极结构更加稳定，提高其循环性能；添加金属元素也能增强电极导电性能。为了提高材料的容量，材料中添加了高容量的锡元素(锡的理论容量为992mAh/g)。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种使用蚕沙作为碳源再掺入锡、铁元素制备锂电池负极材料的方法。这种方法不仅能够解决废物循环利用上的问题，还可以有效地降低锂电池生产成本，带来经济效益。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配置的锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液并搅拌；

(2)将蚕沙干燥去除杂质；

(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中1-5h，搅拌形成均匀浆料；

(4)将浆料放入烘箱中烘干；

(5)将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，之后进行第一次球磨；

(6)将第一次球磨后的材料放入通氮气的管式炉中，进行碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑，以二次球磨后的材料：粘结剂：导电炭黑的质量比为8：1：1混合，再研磨，得到负极材料。

上述的使用蚕沙为碳源制作锂电池负极材料的蚕沙来自四川、苏杭等地区。其来源稳定，碳化后的孔隙率高于一般碳材。

作为优选方式，所述铁源为氯化亚铁或氯化铁。

作为优选方式，所述锡源为氧化锡、氯化亚锡、四氯化锡其中的一种。

作为优选方式，步骤(3)蚕沙与所述锡铁混合溶液的质量比为1:(1-8)。