[发明专利]一种锡氧化物-硬碳复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锡氧化物‑硬碳复合负极材料的制备方法，将酚类单体、醛类单体、锡盐、牺牲模板剂、水混合搅拌制得前驱液；前驱液通过喷雾干燥法进行造粒，得到前驱体颗粒；对前驱体颗粒进行煅烧，获得锡氧化物‑硬碳复合负极材料；一种锡氧化物‑硬碳复合负极材料，根据上述的制备方法制备而成；一种锡氧化物‑硬碳复合负极材料在锂离子电池中的应用。本发明的有益效果为：使用喷雾干燥法将硬碳与高比容量的锡氧化物复合，提升了锂离子电池测试比容量，使之远高于商业石墨材料；提升了锂离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锡氧化物-硬碳复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

当下3C产品、电动汽车和储能电站等应用场景对锂离子电池提出了更高的要求，希望用更小的体积或更轻的质量储存更多的电量，故提升锂离子电池的质量/体积能量密度对与锂离子电池至关重要，而提升电极材料的比容量是提升锂离子电池能量密度的重要策略之一，其中负极材料以碳为基体，复合具有高比容量的合金型负极则是重要的方式。

硬碳材料是难石墨化无定型碳材料，结构短程有序而长程无序，可以将其描述为无数微小的类石墨纳米筹无序堆叠形成的无定型碳，其中充满了缺陷和空隙。硬碳材料因其独特的无序结构具有良好的物理化学稳定性，而碳基材料本身具有良好的导电性，再加上硬碳材料可以通过高分子材料和生物质材料热解得到，易于进行结构设计，故硬碳材料是良好的复合材料基体。

而合金化型负极材料具有超高的理论比容量，比如Si为4200mAh/g、Sn为992mAh/g，锡氧化物SnO和SnO₂同样具有875mAh/g和783mAh/g的高理论比容量，远超过石墨材料的372mAh/g，其中锡氧化物物理化学稳定性强，且易于通过盐类材料转化获得，结构设计性强，是良好的复合材料添加剂。

为了增加硬碳材料的比容量，将硬碳材料与高容量的合金化反应型负极复合是一个良好的策略：一方面合金化反应型负极的引入可以大大增加材料的比容量；而另一方面硬碳材料还可作为合金化反应型负极的缓冲基体，减少其在充放电过程中因体积膨胀而对电极结构造成的破坏，并提升电极的导电性，进一步优化电极材料的电化学性能，然而单一的碳质复合也不能完全解决合金化型负极带来的膨胀问题，仍存在改性的空间。

综上所述，现有技术仍缺少一种具有高比容量和高稳定性的、经过精密结构设计的合金化型负极与碳基负极复合的负极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锡氧化物-硬碳复合负极材料及其制备方法和应用，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锡氧化物-硬碳复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S100、将酚类单体、醛类单体、锡盐、牺牲模板剂、水混合搅拌制得前驱液；

S200、对前驱液进行造粒，得到前驱体颗粒；

S300、对前驱体颗粒进行煅烧，获得锡氧化物-硬碳复合负极材料，

其中，锡氧化物的生成源于煅烧过程中的碳热还原反应，热处理温度为400℃～600℃，气氛为氮气，锡氧化物包括锡、一氧化锡和二氧化锡中的一种或两种。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，牺牲模板剂为聚苯乙烯高分子微球，在400℃～600℃下惰性气氛煅烧会被完全分解，从而在硬碳基体中造孔。

进一步，牺牲模板剂采用乳液聚合法制得。

进一步，牺牲模板剂的合成过程如下：

在60℃～100℃的条件下，在1000份的水中加入1～10份的十二烷基硫酸钠和1～10份碳酸氢钠搅拌；