CN103545496B - 一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法 - Google Patents

一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：第一步为纳米SnO的制备，第二步为复合材料的制备。其利用SnO的低廉成本优势，利用SiO的高容量优势，利用无定形碳可作为缓冲骨架的优势，降低复合材料成本，提高复合材料容量，改善复合材料安全性。该复合材料充分发挥各组分的优势，互相弥补，达到协同效应的目的。

Description

一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。
背景技术
锂离子电池，一种依赖于锂离子在正负极材料之间反复移动而实现能量存储和转换的装置，经过多年的发展已经广泛的应用于人们的生产和生活中，包括我们日常使用的手机电池，新能源汽车用动力电池等。电池材料是决定电池性能的重要组成，特别是正负极材料，他们影响着锂离子电池的能量、功率、安全与成本等因素。
锂离子电池负极材料通常可以分为几大类，包括碳系材料、钛酸锂、合金类材料。碳系材料主要有人造石墨、天然石墨、中间项碳微球、软碳和硬碳等，这些材料的优点是价格低廉、循环稳定性较好，但缺点是容量偏低、安全性能较差；钛酸锂材料是最近几年新发展起来的一种材料，主要优点是循环稳定性非常出色，而且大电流充放电能力较强，但它致命的缺点是放电电压平台较高，用其作为负极的锂离子电池通常能量密度很难提升，严重制约了该材料的应用；合金类材料是一类具有非常高比容量的负极材料，基本可以归结为两种，一种是硅基材料、另外一种是锡基材料，这两种材料主要利用与金属锂在低电位下可以形成合金的原理进行储锂，然后锂离子又可以在有负载的情况下返回正极，实现负极材料的去合金化，进而达到能量存贮和转换的目的。
在硅材料中，SiO是一种比较好的负极材料，具有超高的理论比容量（1600mAh/g），且充放电电位与碳系材料相当，具有非常好的应用前景。在锡基材料中，SnO是其最为典型的代表，该材料理论容量875mAh/g，价格较为低廉，制备较为简便，SONY公司已经开发出了锡基负极产品，可见其性能的优异性。然而，SiO和SnO却都存在这一个共性的问题，在充放电过程中会发生巨大的体积变化，导致负极颗粒粉化，从极片上脱落，引起电池容量的下降和安全性的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其
制备方法简单，首先制备出具有纳米尺寸的SnO，然后再与纳米SiO和无定形碳进行复合，进而制备出锡硅氧化物复合碳的负极材料，其利用SnO的低廉成本优势，利用SiO的高容量优势，利用无定形碳可作为缓冲骨架的优势，降低复合材料成本，提高复合材料容量，改善复合材料安全性；该复合材料充分发挥各组分的优势，互相弥补，达到协同效应的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：第一步为纳米SnO的制备，第二步为复合材料的制备，具体步骤如下：
a）将SnCl2粉末、NaOH粉末、NaCl粉末按照摩尔比nSnCl2：nNaOH：nNaCl=1：2：4的比例混合于无水乙醇或者丙酮溶液中，然后球磨5~12h，球磨后浆料通过无水乙醇和去离子水洗涤2~5次，再在80~120oC的真空烘箱中烘干3~8h，即可得纳米SnO粉末；
b）将步骤a）所得SnO粉末与市售SiO粉末和有机高分子按照摩尔比nSnO：nSiO：n有机高分子=1：x：y的比例溶于去离子水中，在100~120oC下进行强力搅拌，直至水分全部蒸发，所得前驱体粉末压片，然后置于650~750oC的真空炉或者具有惰性气体保护的管式炉中烧结3~10h，即可得锡硅氧化物复合负极材料；
步骤b）中所述有机高分子包括聚乙二醇，柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮；所述惰性气体包括氩气和氮气；0.6≤x≤1.5，2.2≤y≤4.3。
本发明的积极效果在于利用SnO的低廉成本优势，利用SiO的高容量优势，利用无定形碳可作为缓冲骨架的优势，降低复合材料成本，提高复合材料容量，改善复合材料安全性。该复合材料充分发挥各组分的优势，互相弥补，达到协同效应的目的。
附图说明
图1是本发明所述锡硅氧化物复合负极材料的结构示意图，其中“1”为纳米SnO，“2”为纳米SiO，“3”为无定形碳。
图2是本发明实例2中所制备材料的循环性能测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，在下述的具体实施例的描述中，给出了大量具体的细节以及便提供对本发明更为深刻的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1
图1所示，将SnCl2粉末、NaOH粉末、NaCl粉末按照摩尔比nSnCl2：nNaOH：nNaCl=1：2：4的比例混合于无水乙醇中，球磨5h，所得浆料通过无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，再在100oC的真空烘箱中烘干8h，可得纳米SnO粉末；将纳米SnO粉末与市售SiO粉末和柠檬酸按照摩尔比nSnO：nSiO：n柠檬酸=1：0.6：4.3的比例溶于去离子水中，在100oC下进行强力搅拌，直至水分全部蒸发，所得前驱体粉末压片，然后置于650oC的真空炉中烧结10h，即可得锡硅氧化物复合负极材料。
实施例2
图2所示将SnCl2粉末、NaOH粉末、NaCl粉末按照摩尔比nSnCl2：nNaOH：nNaCl=1：2：4的比例混合于丙酮溶液中，球磨12h，所得浆料通过无水乙醇和去离子水分别洗涤2次，再在120oC的真空烘箱中烘干3h，可得纳米SnO粉末；将纳米SnO粉末与市售SiO粉末和柠檬酸按照摩尔比nSnO：nSiO：n柠檬酸=1：1.2：3.5的比例溶于去离子水中，在120oC下进行强力搅拌，直至水分全部蒸发，所得前驱体粉末压片，然后置于750oC的真空炉中烧结3h，即可得锡硅氧化物复合负极材料。
实施例3
将SnCl2粉末、NaOH粉末、NaCl粉末按照摩尔比nSnCl2：nNaOH：nNaCl=1：2：4的比例混合于丙酮溶液中，球磨8h，所得浆料通过无水乙醇和去离子水分别洗涤5次，再在90oC的真空烘箱中烘干6h，可得纳米SnO粉末；将纳米SnO粉末与市售SiO粉末和柠檬酸按照摩尔比nSnO：nSiO：n柠檬酸=1：1.5：2.2的比例溶于去离子水中，在100oC下进行强力搅拌，直至水分全部蒸发，所得前驱体粉末压片，然后置于700oC的真空炉中烧结6h，即可得锡硅氧化物复合负极材料。

Claims (3)

1.一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于：第一步为纳米SnO的制备，第二步为复合材料的制备，具体步骤如下：
a）将SnCl2粉末、NaOH粉末、NaCl粉末按照摩尔比nSnCl2：nNaOH：nNaCl=1：2：4的比例混合于无水乙醇或者丙酮溶液中，然后球磨5~12h，球磨后浆料通过无水乙醇和去离子水洗涤2~5次，再在80~120oC的真空烘箱中烘干3~8h，即可得纳米SnO粉末；
b）将步骤a）所得SnO粉末与市售SiO粉末和有机高分子按照摩尔比nSnO：nSiO：n有机高分子=1：x：y的比例溶于去离子水中，0.6≤x≤1.5，2.2≤y≤4.3；在100~120oC下进行强力搅拌，直至水分全部蒸发，所得前驱体粉末压片，然后置于650~750oC的真空炉或者具有惰性气体保护的管式炉中烧结3~10h，即可得锡硅氧化物复合负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于所述的步骤b）中的有机高分子包括聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的一种锡硅氧化物复合负极材料的制备方法，其特征在于所述的惰性气体包括氩气和氮气。
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