CN101950804B - 一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，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溶有一定量阳离子表面活性剂的醇中，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；将该混合溶液加入到密闭反应釜中进行反应；反应完成后，将反应釜取出冷却至室温，产物经抽滤、洗涤、烘干后，即得到球形SnS2颗粒材料。本发明的制备工艺简单易行，参数容易控制，所得的SnS2材料具有良好的形貌结构，为粒径较小的球形颗粒、分布较均匀，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和良好的循环性能。

Description

一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，属于化工电极材料制造工艺技术领域。
背景技术
当今，随着社会的不断发展与进步，人类所面临的环境恶化及化石型不可再生能源匮乏的问题也愈发突出，新能源的开发与应用日益紧迫，也成为各国政府大力投入、重点支持的领域之一。二次电池作为一种新型的环境友好绿色能源，在全球范围内受到了广泛关注。除了美国、日本等在此领域处于先进水平的国家外，我国对二次电池新能源领域也给予了重点关注，特别是，在当前节能减排、低碳经济的大环境下，作为可替代传统能源之一的二次电池的开发尤为重要，可以说是关系到国家未来能源发展的战略问题之一，具有重要的意义。
锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能，尤其是电极材料的选择。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，其中负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。为了满足对高性能锂离子电池的需求，研究开发新型高性能的负极材料成为了目前此领域内的主要研究方向之一。
目前锂离子电池所采用的碳负极材料的理论容量为372mA·h/g，研究具有更高容量的负极材料以替代碳负极材料，可以进一步提高锂离子电池的能量密度，具有重要的意义。锡基硫化物(SnS2)是近年来逐渐受到关注的一种新的锡基负极材料，作为锂离子电池负极材料，硫化锡活性材料表现出了较高的储锂容量，作为锂离子电池负极材料具有良好的应用前景，然而，由于在充放电过程中锡基结构变化而产生材料粉化问题，限制了其大规模应用。以往的研究表明，合成材料的物性结构、均匀性等特性对于材料的电极性能是非常重要的，得到的SnS2材料颗粒的尺寸越小，分布越均匀，电极性能就会越好。然而制备均匀的SnS2纳米颗粒材料特别是球形颗粒材料非常难，目前成功制备出这样材料的报道还很少。在本发明中，我们对硫化锡材料进行了研究，优化了制备及处理工艺，得到了尺寸较小、分布均匀、呈球形的SnS2颗粒。该合成方法具有进一步研究及推广的价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术制备SnS2材料存在颗粒较大、形状不规则、粒径分布不均匀、易发生团聚的问题，以改善锂离子电池负极材料SnS2的电化学性能，提供了一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，具体制备步骤如下：
(1)将能良好的分散在醇中且在酸性环境中保持稳定的阳离子表面活性剂与能与水混溶醇按质量比为1∶90～1∶1800进行混合，得到的混合液作为溶剂；
(2)将硫代乙酰胺加入到第(1)步制备的溶剂中，搅拌使其完全溶解，溶解后的硫代乙酰胺的浓度为0.2～1.5mol/L；
(3)将五水合四氯化锡溶于浓盐酸中，搅拌使其混合均匀，混合后五水合四氯化锡的浓度为0.5～2.0mol/L；
(4)将第(2)步制备的溶液加入到第(3)步制备的溶液中，搅拌使其混合均匀，其中五水合四氯化锡与硫代乙酰胺的摩尔比为0.3∶1～1.2∶1；
(5)将第(4)步制备的混合溶液加入到密闭反应釜中，反应温度为110～180℃，反应时间为10h～16h；
(6)反应完成后，将反应釜取出冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到尺寸较小、分布均匀、呈球形的SnS2材料。
其中，第(1)步中所述阳离子表面活性剂优选为十六烷基三甲基溴化铵，醇优选为乙二醇。
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材料具有良好的形貌结构，为粒径较小的球形颗粒、分布较均匀，避免了不同颗粒上的小片再次粘连导致的团聚现象，减小了大颗粒的产生。在锂离子电池负极材料的应用中展示了较高的充放电比容量和良好的循环性能。
附图说明
图1为在混有阳离子表面活性剂的醇溶液溶剂中合成的球形SnS2材料SEM形貌图；
图2为所合成的球形SnS2负极材料在50mA/g下充放电时比容量及库伦效率变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做详细说明
实施例
本发明的一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，具体制备步骤如下：
(1)将0.485g的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于78ml乙二醇中作为溶剂；
(2)将1.5g的硫代乙酰胺加入到第(1)步制备的溶剂中，搅拌使其完全溶解；
(3)将4.6g五水合四氯化锡溶于12ml浓盐酸中，搅拌使其混合均匀；
(4)将第(2)步制备的溶液加入到第(3)步制备的溶液中，搅拌使其混合均匀；
(5)将第(4)步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，得到尺寸较小、分布均匀、呈球形的SnS2材料，SEM形貌图如图1所示。
将本发明的产品应用于锂离子电池负极材料后进行充放电比容量和循环性能测试：SnS2材料与导电剂乙炔黑、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。
测试结果：充放电时比容量及库伦效率变化曲线如图2所示，其首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1540.7mA·h/g、889.1mA·h/g，循环20周后其放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为578mA·h/g、558.6mA·h/g。

Claims (3)

1.一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，其特征在于：
(1)将能良好的分散在醇中且在酸性环境中保持稳定的阳离子表面活性剂与能与水混溶的醇按质量比为1∶90～1∶1800进行混合，得到的混合液作为溶剂；
(2)将硫代乙酰胺加入到第(1)步制备的溶剂中，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)将第(2)步制备的溶液加入到第(3)步制备的溶液中，搅拌使其混合均匀，其中五水合四氯化锡与硫代乙酰胺的摩尔比为0.3∶1～1.2∶1；
(5)将第(4)步制备的混合溶液加入到密闭反应釜中，反应温度为110～180℃，反应时间为10h～16h；
(6)反应完成后，将反应釜取出冷却至室温，将含有黄色沉淀的混浊液进行抽滤、洗涤、烘干，得到尺寸较小、分布均匀、呈球形的SnS2材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，其特征在于：步骤(2)中硫代乙酰胺的浓度为0.2～1.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法，其特征在于：步骤(3)中五水合四氯化锡的浓度为0.5～2.0mol/L。
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