一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)的目的是提供一種鋰離子電池納米SnO2/C復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，將錫源溶于丙酮水混合體系中，攪拌至錫源完全溶解后加入尿素和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2～5小時(shí)，再加入膨脹石墨，然后將溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，置于90～130℃進(jìn)行水熱合成2～10小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米SnO2/C復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，屬于鋰離子電池材料

技術(shù)介紹
鋰離子電池相比于傳統(tǒng)二次電池(鉛酸，鎳氫，鎳鉻)以其高電壓、高能量密度(體積比能量及質(zhì)量比能量)、低自放電率、寬使用溫度范圍、長(zhǎng)循環(huán)壽命、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大電流充放電等特性，迅速在移動(dòng)通訊設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代和未來重要的綠色能源之一。其中，負(fù)極材料是決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。目前，商業(yè)化石墨負(fù)極材料存在理論容量低(約為372mAh/g)、倍率性能較差等，已不能滿足高能量密度、高功率密度鋰離子電池的需求。因此，探索其它可替代的高容量、高循環(huán)穩(wěn)定性、能快速充放電負(fù)極材料，已成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)之一。SnO2因?yàn)榫哂懈叩睦碚撊萘?782mAh/g)、低成本及無毒副作用等優(yōu)勢(shì)，而備受研究者的關(guān)注。但SnO2存在的主要問題是充放電循環(huán)過程中伴隨著巨大的體積變化，材料容易粉化、失效，因此循環(huán)性能較差。另外，SnO2的導(dǎo)電性不佳，也導(dǎo)致其倍率性能較差。將SnO2材料納米化和與碳材料進(jìn)行復(fù)合能夠明顯改善這種體積變化問題，并提高材料導(dǎo)電性。主要原因在于，納米化的顆粒體積變化時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力較小，顆粒不容易破碎、粉化，而與碳材料復(fù)合則能夠有效防止納米SnO2顆粒的團(tuán)聚長(zhǎng)大，提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并且緩沖在充放電時(shí)的體積變化，進(jìn)而使得材料的穩(wěn)定性和倍率性能都能大幅提高。能夠用于復(fù)合的碳材料主要包括無定形碳，碳納米管，石墨烯等等。其中，石墨烯基納米片因其高的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和較好地彈性被廣泛用來設(shè)計(jì)高性能負(fù)極材料。然而，現(xiàn)階段石墨烯的制備過程復(fù)雜、成本較高，對(duì)于距離商業(yè)化低成本、簡(jiǎn)單工藝的要求還有較大差距。相比還原氧化石墨烯，膨脹石墨具有制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、片層大、缺陷少、導(dǎo)電性好和孔隙豐富等優(yōu)點(diǎn)。雖然膨脹石墨已經(jīng)在吸附等其它領(lǐng)域有應(yīng)用，但在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域很少有報(bào)道。水熱合成方法是納米材料領(lǐng)域的常用合成方法，現(xiàn)有的納米SnO2負(fù)極材料也多采用這種手段制備。但是就目前SnO2/C復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀來看，制備SnO2納米顆粒均勻分散且與碳有效復(fù)合的負(fù)極材料仍是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。主要原因在于碳材料多是疏水材料，在水溶液體系中反應(yīng)時(shí)難以被水浸潤(rùn)。所以反應(yīng)得到的SnO2納米顆粒在與碳復(fù)合時(shí)，納米顆粒容易團(tuán)聚長(zhǎng)大，而大顆粒的SnO2很容易破裂粉化，從而使得材料容量在循環(huán)時(shí)迅速下降。因此，新型制備方法的開發(fā)成為SnO2/C復(fù)合材料研究的重要方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種新型鋰離子電池納米SnO2/C復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用了以下技術(shù)方案：一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，將錫源溶于丙酮水混合體系中，攪拌至錫源完全溶解后加入尿素和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2～5小時(shí)，再加入膨脹石墨，然后將溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，置于90～130℃進(jìn)行水熱合成2～10小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米SnO2/C復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。本專利技術(shù)所述的錫源為五水四氯化錫或二水二氯化錫。本專利技術(shù)所述溶液中錫源的濃度為1.5～250mmol/L。本專利技術(shù)所述的丙酮水混合體系中丙酮和水的體積比為0.1～10。本專利技術(shù)所述溶液中尿素濃度為1.2～70g/L。本專利技術(shù)所述溶液中聚乙烯吡咯烷酮濃度為1.0～80g/L。本專利技術(shù)所述溶液中膨脹石墨濃度為0.3～30g/L。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：1.本專利技術(shù)以丙酮水混合體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)水熱法的水溶液體系，其優(yōu)勢(shì)在于，在水中加入丙酮相當(dāng)于將水進(jìn)行了稀釋，從而使得錫源在該體系中的水解速率大幅下降，這十分有利于Sn前驅(qū)體的均勻成核,同時(shí)還可以有效的控制納米粒子的尺寸，避免其迅速長(zhǎng)大。2.由于丙酮對(duì)碳材料有優(yōu)良的浸潤(rùn)性能，同時(shí)又能與水混溶，使得在反應(yīng)過程中，水解得到的Sn前驅(qū)體能夠均勻的在膨脹石墨基底上分散，避免顆粒之間的團(tuán)聚長(zhǎng)大。3.本專利技術(shù)制備的納米SnO2/C復(fù)合材料利用膨脹石墨具有較高的導(dǎo)電性和較大的比表面積等優(yōu)良特性，將超細(xì)的納米SnO2顆粒擔(dān)載到石墨的納米片層結(jié)構(gòu)上，緩解充放電過程中SnO2的巨大體積變化，維持了電極的穩(wěn)定，提高了可逆容量，改善了電化學(xué)循環(huán)性能。4.本專利技術(shù)所用的材料價(jià)廉易得，工藝簡(jiǎn)單，加工過程高效節(jié)能，無污染。附圖說明圖1為納米SnO2/C復(fù)合材料的透射電子顯微鏡圖；圖2為納米SnO2/C復(fù)合材料的循環(huán)充放電性能。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，取0.05g的SnCl4·5H2O溶于10ml的丙酮水混合體系中，其中丙酮和水體積比為1：10，攪拌至SnCl4·5H2O完全溶解后加入尿素0.3g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.6g，攪拌2小時(shí)，加入膨脹石墨0.03g，然后將溶液轉(zhuǎn)入100ml水熱反應(yīng)釜中，置于110℃進(jìn)行水熱合成4小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米SnO2/C復(fù)合材料。樣品經(jīng)過透射電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)SnO2納米顆粒尺寸小于10nm，且均勻分散在石墨載體上，如圖1所示。樣品經(jīng)過充放電性能測(cè)試，100次循環(huán)后容量為976mAh/g，如圖2所示。實(shí)施例2一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，取0.3g的SnCl2·2H2O溶于50ml的丙酮水混合體系中，其中丙酮和水體積比范圍為10:3，攪拌至SnCl2·2H2O完全溶解后加入尿素1.5g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)1.4g，攪拌5小時(shí)，加入膨脹石墨0.1g，然后將溶液轉(zhuǎn)入100ml水熱反應(yīng)釜中，置于130℃進(jìn)行水熱合成2小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米SnO2/C復(fù)合材料。樣品經(jīng)過充放電性能測(cè)試，100次循環(huán)后容量為879mAh/g。實(shí)施例3一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，取0.5g的SnCl4·5H2O溶于80ml的丙酮水混合體系中，其中丙酮和水體積比范圍為10：1，攪拌至SnCl4·5H2O完全溶解后加入尿素3.5g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)2.5g，攪拌5小時(shí)，加入膨脹石墨0.2g，然后將溶液轉(zhuǎn)入100ml水熱反應(yīng)釜中，置于90℃進(jìn)行水熱合成8小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米S本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：將錫源溶于丙酮水混合體系中，攪拌至錫源完全溶解后加入尿素和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2～5小時(shí)，再加入膨脹石墨，然后將溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，置于90～130℃進(jìn)行水熱合成2～10小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納米SnO2/C復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：將錫源溶于丙酮水混合體系
中，攪拌至錫源完全溶解后加入尿素和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2～5小時(shí)，再加入膨脹石墨，
然后將溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，置于90～130℃進(jìn)行水熱合成2～10小時(shí)，待反應(yīng)釜自然冷
卻至室溫后，將所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，并于600℃惰性氣體氣氛焙燒3h，得到納
米SnO2/C復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：所述
的錫源為五水四氯化錫或二水二氯化錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李勇，趙云，馬燦良，趙永祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山西大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山西;14