CN105489890A - 用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒及制备方法 - Google Patents

用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒及制备方法。以氯化铜或硫酸铜为铜源、二氯化锡或四氯化锡为锡源，室温下制备的羟基锡酸铜微纳米微粒大小均匀，粒径为≤10？μm，充放电性能好。本发明采用的方法具有合成条件温和，成本低，制备工艺简便易行，合成过程中不需要加热，合成产物纯度较高，电化学性能优异等优点，可用于锂离子电池负极材料。

Description

用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒及制备方法
发明领域
本发明属于材料化学领域，具体涉及用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒及其制备方法。
技术背景
锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好、无记忆效应等优势已经在生活中获得广泛应用。作为关键部件的负极材料，对锂离子电池的整体性能起着决定性的作用。目前商业上使用的负极材料主要是各种形式的碳材料，但由于其理论容量（372mAh·g-1）比较低限制了锂离子电池能量密度的提升，不符合日益增长的容量需求现状。为此，寻找一种新型的高比容量负极材料是很有必要的。目前，已经探索了很多种碳替代材料作为锂离子电池负极材料，比如金属、金属氧化物、金属硫化物。锡金属及其化合物由于具有低的嵌锂电位、高的理论容量成为当前的研究热点。在含锡的化合物中，羟基锡酸铜具有典型的钙钛矿结构，特殊的晶胞结构使得其具有优异的性能，可以应用于诸多领域，例如气敏材料、阻燃材料、催化剂及锂离子电池负极材料。将羟基锡酸铜应用于锂离子电池将有很强的实际应用价值，然而目前未见相关工作的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
本发明所用的锂离子电池负极材料为羟基锡酸铜微纳米微粒，颗粒均匀，粒径为≤10μm。
一种锂电负极材料的制备方法，具体步骤为：
（1）按照摩尔比为0.8-1.2称量适量的铜盐和锡盐。
（2）将铜盐加入一定量的去离子水中，搅拌10-60分钟以混合均匀，获得0.01-5mol·L-1的溶液，然后向该溶液中加入过量的氨水，继续搅拌20-60分钟。
（3）将锡盐加入适量的去离子水中以获得0.01-6mol·L-1，搅拌10-60分钟，待混合均匀后加入步骤（2）得到的溶液中,搅拌20-60分钟以反应彻底。
（4）将沉淀离心分离，60-90oC干燥6小时以上，即得产品。
所述的铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐。
所述的锡盐为二氯化锡、四氯化锡等可溶性锡盐。
所述的主要反应在室温下进行。
本发明首次将羟基锡酸铜用于锂离子电池负极材料。所述的锂离子电池负极材料颗粒均匀，可以获得良好的循环性能。
本发明所用表征手段：扫描电镜（ZeissEVOLS-15）观测产物的形貌及尺寸，用X-射线衍射仪（BrukerD8Advance）表征产物的晶型，用蓝电电池测试系统测试所得材料的电化学性能。
借由上述技术方案，本发明具有有以下优点：
1.本发明所得的羟基锡酸铜微粒分别均匀，避免了颗粒尺寸不均引起的局部反应及局部效应，因而可以提高材料的总容量以及循环性能。
2.本发明将所制备的材料主要应用于锂离子电池。因此，具有很强的市场前景和发展潜力。本发明所以的合成方法在室温下进行，条件温和，简单方便，成本低，易于实现工业化生产。
附图说明
图1-1、实施例1所得产物的XRD图；
图1-2、实施例1所得产物的SEM图；
图1-3、实施例1所得产物的SEM图；
图1-4、实施例1所得产物的循环性能图；
图2-1、实施例2所得产物的SEM图；
图2-2、实施例2所得产物的SEM图；
图3-1、实施例3所得产物的XRD图；
图3-2、实施例3所得产物的SEM图；
图3-3、实施例3所得产物的SEM图；
图3-4、实施例3所得产物的循环性能图；
图4-1、实施例4所得产物的SEM图；
图4-2、实施例4所得产物的SEM图。
具体实施方式
本发明提供用于锂离子电池负极材料的羟基锡酸铜及其制备方法，首先将铜盐与氨水反应制备铜的二铵络合物，然后将锡盐加入后即得目标产物。其中，所用的铜盐为硫酸铜或氯化铜，所用的锡盐为二氯化锡或四氯化锡。
本发明所制得的材料主要用于锂离子电池，因而具有很强的市场前景。
下面结合附图和优选实施例进一步说明羟基锡酸铜的制备及其电化学性能。
一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
本发明所用的锂离子电池负极材料为羟基锡酸铜微纳米微粒，颗粒均匀，粒径为≤10μm。
一种锂电负极材料的制备方法，具体步骤为：
（1）按照摩尔比为0.8-1.2称量适量的铜盐和锡盐。
（2）将铜盐加入一定量的去离子水中，搅拌10-60分钟以混合均匀，获得0.01-5mol·L-1的溶液，然后向该溶液中加入过量的氨水，继续搅拌20-60分钟。
（3）将锡盐加入适量的去离子水中以获得0.01-6mol·L-1，搅拌10-60分钟，待混合均匀后加入步骤（2）得到的溶液中,搅拌20-60分钟以反应彻底。
（4）将沉淀离心分离，60-90oC干燥6小时以上，即得产品。
所述的铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐。
所述的锡盐为二氯化锡、四氯化锡等可溶性锡盐。
所述的主要反应在室温下进行。
本发明首次将羟基锡酸铜用于锂离子电池负极材料。所述的锂离子电池负极材料颗粒均匀，可以获得良好的循环性能。
本发明所用表征手段：扫描电镜（ZeissEVOLS-15）观测产物的形貌及尺寸，用X-射线衍射仪（BrukerD8Advance）表征产物的晶型，用蓝电电池测试系统测试所得材料的电化学性能。
实施例1
1.实验步骤：
（1）称取0.2g硫酸铜，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解，然后加入过量氨水。
（2）称取0.28g四氯化锡，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解。
（3）将步骤（2）得到的溶液加入到步骤（1）得到的混合液中，搅拌反应20分钟，离心分离，60oC干燥，即得羟基锡酸铜微纳米微粒。
2.产物表征：
（1）如图1-1实施例1所得产品的X-射线衍射仪（XRD）图所示，所得产品的衍射峰与羟基锡酸铜的标准卡片（No.70-117）完全一致，可见所得产品是纯的。
（2）图1-2、1-3是实施例1所得产品的扫描电子显微镜（SEM）图，由图可知所得产品分布均匀，粒径为1.5-2μm。
3.电化学性能：
图1-4是实施例1所得产品作为锂离子电池负极材料的循环性能图，由图可以看出，材料的首次放电容量达到1960.9mAh·g-1,充放电过程中有一定的衰减，经过100次循环仍可保持在250mAh·g-1。
实施例2
1.实验步骤：
（1）称取0.0008mol氯化铜，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解，然后加入过量氨水。
（2）称取0.0008mol四氯化锡，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解。
（3）将步骤（2）得到的溶液加入到步骤（1）得到的混合液中，搅拌反应20分钟，离心分离，60oC干燥，即得羟基锡酸铜微纳米微粒。
2.实施例2所得产品的扫描电子显微镜（SEM）图如图2-1、2-2所示，由图可知，所得产品为颗粒，且分别均匀，粒径为1.5-3μm。
实施例3
1.实验步骤：
（1）称取0.0008mol硫酸铜，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解，然后加入过量氨水。
（2）称取0.0008mol二氯化锡，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解，。
（3）将步骤（2）得到的溶液加入到步骤（1）得到的混合液中，搅拌反应20分钟，离心分离，60oC干燥，即得羟基锡酸铜微纳米微粒。
2.产物表征：
（1）如图3-1实施例3所得产品的X-射线衍射仪（XRD）图所示，所得产品的衍射峰与羟基锡酸铜的标准卡片（No.70-117）完全一致，可见所得产品是纯的。
（2）图3-2、3-3是实施例3所得产品的扫描电子显微镜（SEM）图，由图可知所得产品分布均匀，粒径为1.5-3μm。
3.电化学性能：
图3-4是实施例3所得产品作为锂离子电池负极材料的循环性能图，由图可以看出，材料的首次放电容量达到1983.8mAh·g-1,充放电过程中有一定的衰减，经过100次循环仍可保持在120mAh·g-1。
实施例4
1.实验步骤：
（1）称取0.14g氯化铜，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解，然后加入过量氨水。
（2）称取0.18g二氯化锡，溶于16mL去离子水中，搅拌至粉末完全溶解。
（3）将步骤（2）得到的溶液加入到步骤（1）得到的混合液中，搅拌反应20分钟，离心分离，60oC干燥，即得羟基锡酸铜微纳米微粒。
2.图4-1、4-2是实施例4所得产品的扫描电子显微镜（SEM）图，由图可知所得产品分布均匀，粒径为3-5μm。

Claims (5)

1.一种用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒，其特征在于，该羟基锡酸铜颗粒均匀，粒径为≤10μm。
2.用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）向去离子水中加入一定量的铜盐以获得0.01-5mol·L-1的溶液，搅拌混合均匀后加入过量的氨水；
（2）按照锡盐与铜盐摩尔比为0.8-1.2称取适量的锡盐，然后加入去离子水中混合均匀得到0.01-6mol·L-1的溶液，后加入步骤（1）得到的溶液中，分离干燥，即得产品。
3.如权利要求2所述的用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐。
4.如权利要求2所述的用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）锡盐为二氯化锡、四氯化锡等可溶性锡盐。
5.如权利要求2所述的用于锂离子电池负极的羟基锡酸铜微纳米微粒的制备方法，其特征在于，所述的主要步骤在室温下进行。
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