CN101609884A - 一种锂离子电池负极材料SnS2的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，属于化工电极材料制造工艺技术领域。本发明是将硫代乙酰胺加入到醇和水的混合溶剂中，将五水合四氯化锡溶于浓盐酸中，然后再将两者进行混合得混合溶液；将混合溶液加入到自升压反应釜中，密闭；反应完成后，将反应釜取出自然冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到SnS₂材料。本发明的制备工艺简单易行，参数容易控制，所得的SnS₂材料物相纯度高，具有良好的形貌结构，颗粒尺寸小、分布均匀，在锂离子电池负极材料的应用中展示了高的充放电比容量。

Description

一种锂离子电池负极材料SnS2的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，属于化工电极材料制造工艺技术领域。

背景技术

锂离子电池自从被成功开发以来，由于具有比能量高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、环境友好等优势，其应用范围越来越广泛，逐渐成为小型便携式电子产品所广泛使用的电源。此外，由于全球能源及环保的巨大压力，国内外也在竞相开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量、高性能锂离子二次电池。为了满足以上提及的对高性能锂离子电池的需求，近年来对锂离子电池的正、负极材料、隔膜等方面的研究愈渐增加。廉价而性能优良的电极材料的开发一直是锂离子二次电池研究的重点，其中负极材料性能的提高是研究的关键之一，受到了广泛关注。

在锂离子电池负极材料领域中，目前工业化生产通常选用石墨类碳材料，其理论比容量为372mA·h/g，随着人们对电极材料容量的需求不断增加，碳材料显示出了一定的局限性。硫化锡材料作为一种新型的锡基复合材料，由于具有较高的储锂容量而成为目前负极材料研究的热点之一。制备硫化锡材料的主要方法有微波辐射加热法、表面修饰法、化学法等。Toshiyuki Momma的SnS₂anode for rechargeable lithium battery文献，采用超声波化学法制备得到了非晶态的SnS₂粉末，经400℃退火处理后首次充电容量为600mA·h/g。在文献微波合成纳米硫化锡中作者采用微波辐射加热法合成了SnS₂纳米粒子，但存在颗粒不均匀问题。目前，对这种SnS₂用作锂离子电池负极材料虽然做了一些研究工作，但主要是日本和韩国开展了一定程度的研究，我国在这方面的工作尚处在初期阶段，作为一种新型的潜在的负极材料，开展这种材料的研究具有重要的价值与意义。现阶段，研究的焦点在于希望制备小的、颗粒均匀的SnS₂材料，以改善这种负极材料的电化学充放电性能。在本工作的研究过程中，开始采用了以水作为反应介质的水热合成方法制备了SnS₂材料，但所得SnS₂材料颗粒较大、不均匀，为了进一步提高这种负极材料的颗粒均匀性及电化学性能，在本发明中采用了醇与水的混合物作为溶剂来制备SnS₂负极材料，得到了颗粒尺寸小、分布均匀，在锂离子电池中得到了较好的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中SnS₂材料颗粒较大、不均匀的问题，以改善锂离子电池负极材料SnS₂的电化学性能，提供了一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将醇与水按体积比为(0.1～2)∶1进行混合，得到的混合物作为溶剂，其中所用的醇能与水混溶；

(2)将硫代乙酰胺加入到(1)制备的溶剂中，浓度为0.1～1.2mol/L，搅拌使其完全溶解；

(3)将五水合四氯化锡溶于浓盐酸中，浓度为0.3～1.8mol/L，搅拌使其混合均匀；

(4)将(2)制备的溶液加入到(3)制备的溶液中，控制五水合四氯化锡与硫代乙酰胺的摩尔比为(0.5～1)∶1，搅拌使其混合均匀；

(5)将(4)制备的混合溶液加入到自升压反应釜中，密闭，反应温度为120℃～160℃、反应时间为10h～16h；

(6)反应完成后，将反应釜取出自然冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到SnS₂材料；所得到的SnS₂材料作为锂离子电池负极材料的活性物质。

将SnS₂与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量百分比为(50％～80％)∶(10％～25％)∶(10％～25％)的比例混合制成电极片；以该极片作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。

有益效果

本发明的制备工艺简单易行，参数容易控制，所得的SnS₂材料物相纯度高，具有良好的形貌结构，颗粒尺寸小、分布均匀，在锂离子电池负极材料的应用中展示了高的充放电比容量。

附图说明

图1为SEM形貌图，图中(I)为混合溶剂中合成的SnS₂材料SEM形貌图；

(II)为纯水溶剂中合成的SnS₂材料SEM形貌图；

图2为充放电曲线图，图中(I)为混合溶剂中合成的SnS₂负极材料在50mA/g电流密度下第一周充放电曲线图；(II)为纯水溶剂中合成的SnS₂负极材料在50mA/g电流密度下第一周充放电曲线图。

具体实施方式

实施例

(1)将39ml的乙二醇与39ml的水进行混合作为溶剂；

(2)将1.2g的硫代乙酰胺加入到(1)制备的溶剂中，搅拌使其完全溶解；

(3)将4.5g五水合四氯化锡溶于12ml浓盐酸中，搅拌使其混合均匀；

(4)将(2)制备的溶液加入到(3)制备的溶液中，搅拌使其混合均匀；

(5)将(4)制备的混合溶液加入到自升压反应釜中，密闭，反应温度为120℃、反应时间为12h；

(6)反应完成后，将反应釜取出自然冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到SnS₂材料，所得到的SnS₂材料作为锂离子电池负极材料的活性物质。

将SnS₂与导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量百分比60％∶20％∶20％的比例混合制成电极片；以该极片作为工作电极，金属锂为对电极，1mol/L的LiF₆/EC-DMC(体积比1∶1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0～2.5V(vs.Li⁺/Li)，电流密度为50mA/g。

对比例

重复实施例的方法，其中39ml的乙二醇与39ml的水的混合溶液用78ml的水代替。

实施例中得到的SnS₂材料的粒径在300nm～400nm之间，分布均匀，其SEM形貌图如图1(I)所示；对比例中得到的SnS₂材料的SEM形貌图如图1(II)所示。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0～2.5V(vs.Li⁺/Li)，电流密度为50mA/g，其第一周充放电曲线如图2所示，其中图2(I)为实施例的充放电曲线，图2(II)为对比例的充放电曲线；测得实施例的首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1705mA·h/g、798mA·h/g，对比例的首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1476mA·h/g、637mA·h/g。

Claims (6)

1.一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：

(1)将醇与水进行混合作为溶剂；

(2)将硫代乙酰胺加入到(1)制备的混合溶剂中，搅拌使其完全溶解；

(3)将五水合四氯化锡溶于浓盐酸中，搅拌使其混合均匀；

(4)将(2)制备的溶液加入到(3)制备的溶液中，搅拌使其混合均匀；

(5)将(4)制备的混合溶液加入到自升压反应釜中，密闭，并设定反应温度和反应时间；

(6)反应完成后，将反应釜取出自然冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到SnS₂材料。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的醇能与水混溶，醇与水的体积比为(0.1～2)∶1。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硫代乙酰胺的浓度为0.1～1.2mol/L。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中五水合四氯化锡的浓度为0.3～1.8mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中五水合四氯化锡与硫代乙酰胺的摩尔比为(0.5～1)∶1。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料SnS₂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中的反应温度为120～160℃、反应时间为10～16h。

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