[发明专利]一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高性能多孔碳‑氧化锡单分散复合球负极材料及其制备方法和应用，通过在吡咯或苯胺单体的水溶液中加入P123、单分散的SiO₂、SnCl₂后冰浴磁力搅拌，再加入过硫酸铵水溶液引发共聚合反应，最后经由高温处理一步制备具有单分散特性且富有氧空位结构的球形复合碳‑氧化锡结构复合材料。本发明根据锂电池负极材料充放电循环中的特点，设计制备碳层和氧化锡共混多孔复合球状结构，基本一致呈现单分散性，有利于消除电极材料的极化，同时氧化锡和碳材料的均匀复合有利于减小或降低电极材料的体积效应，加上其丰富的氧空位以及均匀多孔结构，可有效地改进电极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂/钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂/钠离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效果、少污染以及自放电率小等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池，一致被认为是各种便携式电子设备及电动汽车用最为理想的电源。传统锂/钠离子电池负极材料石墨虽然循环稳定性好以及性价比较高，但是由于其充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足动力系统特别是电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂/钠离子电池负极材料极具迫切性。

在新型非碳负极材料的研究中，金属氧化物材料因具有较高的理论嵌锂容量而越来越受瞩目。这些高容量的负极材料若能达到实用化程度，必将使锂/钠离子电池的应用范围大大拓宽。二氧化锡是一种重要的半导体氧化物材料，因其具有独特的光电性能和气敏性能，化学稳定性好，使其在敏化太阳能电池、传感器、光催化、锂离子电池负极材料等领域具有广泛的应用。与其他金属氧化物相比，纳米SnO₂由于合成方法简单、无毒副作用、较高的理论比容量等优势，使得其在锂/钠电池中的商业化应用前景更为明朗。但是，和其它高容量的负极材料一样电导率较低，且在高程度脱嵌锂/钠条件下，存在严重的体积效应，造成电极的循环稳定性仍然较差。针对这些高容量的负极材料的体积效率与低电导率的缺点，将之与具有弹性、性能稳定且导电性能好的载体复合，缓冲活性材料的体积变化，将是保持高容量的同时提高其循环稳定性的有效途径。碳由于拥有较轻的质量，较好的导电性，较低的嵌锂电位，脱嵌过程中体积变化小及价格低廉等诸多优点等被广泛运用在负极复合材料中。

直到目前为止，将SnO₂和碳制备复合结构用于改善锂/钠离子电池负极材料已是主流趋势，但其制备合成方法多为二步法制备，即先制备SnO₂材料，再进行碳复合，通过一步法原位制备SnO₂-碳复合结构难度较大。此外，目前制备的SnO₂-碳复合多为团聚结构，在充放电过程中极化较大。

通过一步法原位制备碳-氧化锡单分散纳米复合球目前未见相关报道。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料的制备方法；

本发明的第二个目的是提供一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料；

本发明的第三个目的是提供一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料在制备复合电极方面的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种高性能多孔碳-氧化锡单分散复合球负极材料的制备方法，通过在吡咯或苯胺单体的水溶液中加入P123、SnCl₂盐后冰浴磁力搅拌，加入2-50 nm单分散的SiO₂作为成核剂和造孔剂，再加入过硫酸铵水溶液引发共聚合反应，最后经由高温处理一步制备具有单分散特性且富有氧空位结构的球形复合碳-氧化锡结构复合材料。

进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：