[发明专利]一种二氧化锡/二氧化锰多级中空结构的锂离子电池负极复合材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202010438457.6 申请日: 2020-05-22
公开(公告)号: CN111573714A 公开(公告)日: 2020-08-25
发明(设计)人: 王勇;王东夏 申请(专利权)人: 首都师范大学
主分类号: C01G19/02 分类号: C01G19/02;C01G45/02;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/50;H01M10/0525
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100048 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 氧化 二氧化锰 多级 中空 结构 锂离子电池 负极 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明属于复合材料合成和电极材料制备技术领域,公开一种二氧化锡/二氧化锰多级中空结构的锂离子电池负极复合材料及其制备方法,采用吸附模板法、氧化还原法和烧结法制备了一种二氧化锡/二氧化锰两相复合多级中空结构的纳米材料,两相和中空结构能有效缓冲锂离子电池负极材料在充放电循环过程中的体积变化,改善复合材料的循环稳定性,提高其可逆比容量。具体步骤如下:一、将蔗糖水热反应合成的聚糖微球模板分散在四氯化锡水溶液中,经过吸附和氮气下烧结反应得到含锡/碳的前驱体;二、通过高锰酸钾与含锡/碳的前驱体的氧化还原反应以及烧结反应制得二氧化锡/二氧化锰多级中空结构的锂离子电池负极复合材料。

技术领域

本发明属于复合材料合成和电极材料制备技术领域,涉及一种二氧化锡/二氧化锰多级中空结构的锂离子电池负极复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其优越的性能已被广泛应用于电动汽车和其它家用电器中。然而,锂离子电池中,传统石墨负极材料相对较低的理论容量(372mAh g-1)限制了其在大规模储能中的进一步应用。近年来,各种纳米结构的过渡金属氧化物由于其广泛的可用性,特别是较高的理论容量引起了研究者的广泛关注。

作为过渡金属氧化物之一的二氧化锰(MnO2),由于其低毒性、丰富的天然储量和较高的理论容量(1233mAh g-1),而被认为是有应用前景的锂离子电池负极材料。然而,作为锂离子电池负极材料的MnO2纳米材料来说,存在一些明显的缺点,例如在嵌锂/脱锂过程中剧烈的体积变化,由此导致了其循环性能和可逆比容量不够理想。为了克服上述问题,一般采用两种不同的策略。

第一种策略是合成具有中空纳米结构的过渡金属氧化物。过渡金属氧化物中空纳米结构由于比较大的表面积,可以为锂的存储提供更多的活性位点,并且由于其大的中空内部空间可以缓冲充放电循环过程中材料的体积变化,从而显示出了出色的电化学性能。其中,由纳米尺寸的建构单元(如纳米颗粒和纳米棒)组装而成的多级中空结构,因为其比单一的微米颗粒和离散的纳米颗粒具有更优异的电化学性能,所以尤其引起了研究人员的广泛关注。

另一种策略是将另一种过渡金属氧化物引入MnO2中。两种过渡金属氧化物构成的复合纳米材料因为它们的充放电电压平台不一致,因此可以利用它们的充放电电压平台的差异来缓解复合材料在充放电过程中的体积变化,并且可以通过增强或改变协同性能,来提高其电化学性能。

然而上述两种策略中,第一种策略因为单一组分的金属氧化物中空结构在长寿命充放电循环后,体积膨胀变形而引起中空结构崩塌,从而导致其锂离子电池的循环性能恶化;第二种策略,虽然可以利用复合材料中两种过渡金属氧化物的充放电电压平台的差异来缓解其在充放电过程中的体积变化,然而作用比较有限,导致其锂离子电池的循环性能仍然不够理想。

综上所述,现有技术锂离子电池负极复合材料的制备方法存在原料成本较高的问题,并且现有技术所合成的负极复合材料的循环稳定性和可逆比容量仍然不够理想。针对上述问题,仍缺乏有效的解决方案。

发明内容

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