[发明专利]锡基复合材料及其制备方法、负极片、锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体提供一种锡基复合材料及其制备方法、负极片、锂离子电池。该制备方法包括以下步骤：将二氧化锡粉末、有机碳源投入高压反应设备中进行高压反应，获得碳包覆的二氧化锡；对碳包覆的二氧化锡进行碳热还原处理，获得碳包覆锡复合材料；碳包覆锡复合材料具有核壳结构，其中壳部分为碳，核部分为锡。还包括将碳包覆锡复合材料与升华硫置于保护气氛中进行反应，获得碳包覆二硫化锡复合材料的步骤。本发明锡基复合材料的制备方法获得的碳包覆锡复合材料可作为碳包覆二硫化锡复合材料的前驱体，避免常规方法合成碳包覆二硫化锡复合材料呈片状、条带状而导致锡基复合材料压实密度低、体积能量密度不足等问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，特别涉及锡基复合材料及其制备方法、负极片、锂离子电池。

背景技术

目前，商用石墨负极材料的理论比容量仅为372mAh/g，难以满足各种电子设备、电动汽车对电能的需求，因此，开发新型高比容量负极材料至关重要。二硫化锡(SnS₂)的理论比容量高达645mAh/g，接近商用石墨理论比容量的两倍，同时具有价格低廉、来源丰富等优点，因而有望成为取代石墨的新型负极材料。但是，SnS₂本身导电性较差，用做锂离子电池负极活性物质时会造成阻抗增加，导致库伦效率降低；同时，SnS₂在脱嵌锂时会发生严重的体积膨胀，造成电极材料剥离脱落和电极结构的破坏，从而导致电池循环寿命的快速衰减。

Hyun Sik Kim等人利用溶剂热法合成碳包覆二硫化锡纳米粒子，并将其作为锂离子电池负极材料，该材料在50mA/g下首次库伦效率仅为41％，循环50次后的可逆容量为668mAh/g，而不经碳包覆的二硫化锡在同样电流密度下经过50次循环后可逆容量仅为293mAh/g。

公开号为CN104716311A的中国发明专利提供一种二硫化锡纳米片复合材料及其制备方法和应用。该方法首先通过水热法制备花状二硫化锡纳米片，然后再利用油酸吸附材料表面退火形成无定型碳，在预先制备的花状二硫化锡纳米片表面包覆无定形碳层。该方法得到的二硫化锡纳米片复合材料存在材料压实密度低、体积能量密度不足、极片涂布加工性能差等缺点。

公开号为CN109950480A的中国发明专利提供一种锂离子电池负极材料碳包覆硫化锡纳米带的制备方法，其采用水热法制备硫化锡纳米带，并与多巴胺碳源进行聚合反应，得到碳包覆硫化锡纳米带产物。该方法制备的碳包覆硫化锡纳米带为条带形结构，材料存在大量锐利边缘，形貌不规则，在负极中应用容易造成涂布加工困难和粘结效果恶化；同时，不规则形状也会降低材料压实密度，导致体积能量密度不足等问题。

为此，有必要寻求可以获得压实密度高的二硫化锡材料的制备方法，以解决压实密度低、体积能量密度不足、首次库伦效率低、体积膨胀率大等问题。

发明内容

本发明提供锡基复合材料及其制备方法，旨在至少解决现有二硫化锡复合材料作为锂离子电池负极活性材料时存在的压实密度低、体积能量密度不足、首次库伦效率低等问题。

进一步地，本发明还提供一种负极片以及锂离子电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

锡基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将二氧化锡粉末、有机碳源投入高压反应设备中进行高压反应，获得碳包覆的二氧化锡；

对所述碳包覆的二氧化锡进行碳热还原处理，获得碳包覆锡复合材料；

所述碳包覆锡复合材料具有核壳结构，其中壳部分为碳，核部分为锡。

优选地，还包括将所述碳包覆锡复合材料与升华硫置于保护气氛中进行反应，获得碳包覆二硫化锡复合材料的步骤；

所述碳包覆二硫化锡复合材料为核壳结构，其中壳部分为碳，核部分为二硫化锡。