[发明专利]一种Sn-Cu电镀液、锂离子电池用锡基合金电极及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种Sn‑Cu电镀液、锂离子电池用锡基合金电极及其制备方法和锂离子电池。一种Sn‑Cu电镀液，由以下组分组成：锡盐0.05‑0.5mol/L，铜盐0.06‑0.6mol/L，电镀络合剂0.08‑1.2mol/L，电镀添加剂2.0‑15.0g/L，成孔助剂0.5‑5g/L，溶剂为水；成孔助剂选自苯胺、聚苯胺、吡咯、聚吡咯、噻吩、聚噻吩中的至少一种。本发明提供的Sn‑Cu电镀液，利用添加的苯胺、聚苯胺等成孔助剂可以形成具有特殊间隙形貌的镀层结构，不仅有利于增大反应面积，而且可以为充放电过程中Sn的体积膨胀提供缓冲空间，从而提高锡基合金镀层在应用于电极时的结构稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种Sn-Cu电镀液、锂离子电池用锡基合金电极及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长等优点，被广泛应用于移动电子设备、航空航天设备等领域。随着科技的发展，人们对锂离子电池的容量、能量密度、安全性和使用寿命都提出了越来越高的要求。

目前商品化的石墨负极材料，其容量已经接近理论比容量(372mAh/g)，工业化提升空间有限。锡基材料具有价格便宜、导电性好、加工性能好等优点，其理论比容量高达994mAh/g，是石墨负极材料的理想替代品。但Sn在电池充放电过程中的体积膨胀高达400％，使得电极材料容易粉化而从集流体上脱落。

授权公告号为CN100526516C的专利公开了一种锂离子电池锡铜合金负极材料的制备方法，其是以铜片为基底在电镀液中电镀形成锡铜合金。采用电镀法制备锡铜合金具有成本低、工艺简单的特点，但现有的电镀法形成的镀层往往薄而致密，电池反应初期只有外层活性物质参与反应，随着反应的进行外层Sn基材料不断膨胀，逐渐暴露内层活性物质，如此反复活性物质逐渐粉化并从极板上脱落，导致循环稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Sn-Cu电镀液，从而解决现有Sn-Cu电镀液所形成的镀层不能缓解锡在充放电过程中的体积膨胀的问题。

本发明还提供了基于上述Sn-Cu电镀液制备的锡基合金电极、制备方法以及使用该锡基合金电极的锂离子电池。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种Sn-Cu电镀液，由以下组分组成：锡盐0.05-0.5mol/L，铜盐0.06-0.6mol/L，电镀络合剂0.08-1.2mol/L，电镀添加剂2.0-15.0g/L，成孔助剂0.5-5g/L，溶剂为水；成孔助剂选自苯胺、聚苯胺、吡咯、聚吡咯、噻吩、聚噻吩中的至少一种。

本发明提供的Sn-Cu电镀液，利用添加的苯胺、聚苯胺等成孔助剂本身为油性物质，通过强搅拌作用分散在水溶液中，可以形成具有特殊间隙形貌的镀层结构，不仅有利于增大反应面积，而且可以为充放电过程中Sn的体积膨胀提供缓冲空间，从而提高锡基合金镀层在应用于电极时的结构稳定性。

所述锡盐为焦磷酸亚锡或氯化亚锡，所述铜盐为焦磷酸铜或氯化铜。

所述电镀络合剂为焦磷酸盐、硫酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐、三乙醇胺中的至少一种。作为电镀络合剂的焦磷酸盐可选择焦磷酸钾。电镀络合剂在电镀时起到与铜、锡离子的配位作用，与镀液主盐络合，形成稳定的金属络合离子，增加浓度极化和电化学极化，从而控制铜、锡离子的沉积速度，使镀层均匀细致。

所述电镀添加剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、聚乙二醇、明胶、葡萄糖、甲氧基聚氧乙烯醚、op-10中的至少一种。电镀添加剂可以起到在电沉积时细化合金颗粒和整平镀层的作用，还可辅助电镀络合剂，使铜锡离子在电沉积时的沉积电位趋于相同，减小极差。