[发明专利]碳包覆空心胶囊状硫化亚锡/铜锡双金属硫化物复合材料的制备方法以及锂电池负极和电池

说明书

本发明公开了碳包覆空心胶囊状硫化亚锡/铜锡双金属硫化物复合材料的制备方法以及锂电池负极及电池，首先制备得到纳米棒状羟基锡酸铜前躯物，再将其与葡萄糖、硫脲混合并经水热反应合成空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米材料，最后，以三羟甲基氨基甲烷和酸液调节溶液的pH至6～10，将多巴胺包覆到空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米复合材料的表面，再对其进行高温碳化处理，将多巴胺转变成碳层，制得SnS/Cu₂SnS₃@C，其为表面包覆有碳材料的纳米片组装而成的空心胶囊状结构，该结构能很好地缓解由于循环过程中体积膨胀而引起活性物质结构坍塌的现象，由其作为活性物质制备的锂电池负极进而组装成的锂离子电池具有较好的循环稳定性，在电流密度为100mAh g^‑1时，循环300次后电池容量仍然高达928mAh g^‑1。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种碳包覆空心胶囊状硫化亚锡/铜锡双金属硫化物复合材料的制备方法以及锂电池负极及电池。

背景技术

相对于一些传统电池如铅酸蓄电池而言，锂离子电池具有充放电效率高，能量密度高，循环寿命长的特点。目前市面上的电子数码产品、电动汽车的电源均有着锂离子电池的广泛应用，被认为是更容易满足未来科技水平发展及市场客观需求的能量供给者，为了提高锂离子电池的容量，亟需开发具有高容量的负极活性材料。

常见的负极活性材料主要有：碳材料、硅基及其复合材料、锡基及其氧化物、金属硫化物材料等。其中，金属硫化物作为氧化还原机制类的负极材料，有着较高的理论比容量和首圈库伦效率，是新一代锂离子电池的理想负极材料。然而，较差的导电性以及循环过程中较大的体积膨胀率，限制了金属硫化物在锂离子电池负极材料方面的发展。因此，有必要开发容量更大、性能更加优异的锂离子电池负极材料。

Cu₂SnS₃是一种低毒性、自然含量丰富的三元合金，与锂离子电池负极材料中的其他Cu/Sn基硫化物相比，具有较高的比容量和优越的能量密度。但是，其在反复充放电的过程中，却存在着应力过大导致电极材料粉化，锂存储容量锐减，循环性能恶化等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种碳包覆空心胶囊状硫化亚锡/铜锡双金属硫化物复合材料(SnS/Cu₂SnS₃@C)及其制备方法。首先制备得到纳米棒状羟基锡酸铜前躯物；再将其与葡萄糖、硫脲混合并经水热反应合成空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米材料，最后，以三羟甲基氨基甲烷和酸液调节溶液的pH至6～10，将多巴胺包覆到空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米复合材料的表面，然后对包覆后的材料进行高温碳化处理，将多巴胺转变成碳层，制得SnS/Cu₂SnS₃@C，其为表面包覆有碳材料的纳米片组装而成的空心胶囊状结构，该结构能很好地缓解由于循环过程中体积膨胀而引起活性物质结构坍塌的现象，进而提高锂离子电池的循环性能。

本发明提供了一种由所述碳包覆空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米复合材料作为活性物质制备得到的锂离子电池负极和锂离子电池，该电池具有较好的循环稳定性，在电流密度为100mAh g^-1时，循环300次后电池容量仍然高达928mAh g^-1。

本发明采取的技术方案为：

一种碳包覆空心胶囊状SnS/Cu₂SnS₃纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：