[发明专利]锂离子电池负极用锡碳复合材料及制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池负极用锡碳复合材料及制备方法；其方法包括：S1.将锡源溶于水中，加入水溶性无机盐和碳源，物理混合形成混合均匀的溶液；S2.将步骤S1获得的溶液冷冻干燥得白色粉末；S3.将步骤S2干燥后的白色粉末研细，并在保护气氛下进行炭化处理后得到黑色粉末；S4.将步骤S3的黑色粉末洗涤、干燥得到蜂窝状SnO₂@C复合材料。该方法制备的锡碳复合材料具有优异的电化学性能，蜂窝状的碳网络能很好地将纳米尺寸的SnO₂颗粒包裹住，有利于缓冲SnO₂颗粒在充电过程中的体积膨胀，同时形成的导电网络可以为离子传输提供快速有效的通道，并确保电子的快速转移；其制备工艺简单，成本低廉，对环境无污染。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极用锡碳复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，随着电子产品、电动设备、新能源汽车的快速发展，人们迫切的希望发展具有高比容量、高功率、长循环寿命和环境友好的锂离子电池。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，将直接影响电池能量密度和使用寿命。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，其理论容量约为372mA h/g，无法满足动力电池对高能量密度负极材料的要求，因此研发一种比容量高、价格低廉、对环境友好的负极材料迫在眉睫。氧化锡具有理论比容量高(790mA h/g)、资源储量大且环境友好的优点，有望取代石墨成为新型负极材料。

但SnO₂负极同样也存在一些固有的缺点，其在首圈循环过程中的不可逆转换嵌锂导致较低的库伦效率；同时在不断的嵌脱锂过程中会产生严重的体积膨胀和收缩，产生应力从而产生破裂、粉化失效；而且SnO₂本身的导电性能较差，无法满足较大电流下的充放电。这些缺点使得SnO₂的电化学性能较差，严重阻碍了其商业化应用。

为了解决以上SnO₂负极存在的缺点，目前研究较多的方法包括了合成纳米线状、纳米片状、纳米管和纳米棒状以及空心纳米状等纳米结构、合金化锡基负极材料或氧化锡与碳进行复合，但这些方法普遍存在合成过程复杂，成本较高的问题，且循环性能依旧有待提高。

因此，本领域需要开发一种新型SnO₂负极材料，使其具有体积膨胀小、导电性能好、制备流程简单和制备成本低等诸多优势，具有很好的应用前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种锂离子电池负极用锡碳复合材料的制备方法，其利用水溶性无机盐为模板，结合冷冻干燥工艺，通过简易的一步法原位合成蜂窝状锡碳复合SnO₂/C负极材料，使其具有制备方法简便、电化学性能优异等优点。

本发明提出一种锂离子电池负极用锡碳复合材料的制备方法，包括：S1.将锡源溶于水中，加入水溶性无机盐和碳源，物理混合形成混合均匀的溶液；S2.将步骤S1获得的溶液冷冻干燥得白色粉末；S3.将步骤S2干燥后的白色粉末研细，并在保护气氛下进行炭化处理后得到黑色粉末；S4.将步骤S3的黑色粉末洗涤、干燥得到蜂窝状SnO₂@C复合材料。

其中，锡源包括SnCl₄·5H₂O和Na₂SnO₃中的一种。

水溶性无机盐形成蜂窝状多孔形貌的模板。所述水溶性无机盐包括钠盐、钾盐所述钠盐如氯化钠、硫酸钠、碳酸钠等；所述钾盐如氯化钾、硫酸钾、碳酸钾等。

所述碳源主要是包含有碳元素的有机物，其种类不受限，包括如柠檬酸、盐酸多巴胺、葡萄糖、多聚磷酸三聚氰胺等。

其锡源：水溶性无机盐：碳源的摩尔比为1-3：20-100：4-8；水的含量为10-30ml。

优选地，步骤S2中冷冻干燥温度为-30～-60℃，干燥时间为24～72h。。