CN108277508A - 一种制备锡锂电池负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备锡锂电池负极材料的方法。其制备过程包括：选取冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠中的一种为电解质，配制成电解质溶液，电解质的浓度控制在一定范围内。纯锡箔分别作阴极和阳极，连接直流电源器后，在一定电压范围内通电一定时间，在阴极表面生长出新的单质锡，关闭电源，将生长出的单质锡刮下，一定温度下烘干，经研磨，得到树枝状锂电池负极材料。本发明所制备的单质锡具有一定的放电比容量，一定的循环稳定性，可作为锂电池负极材料使用，具有潜在应用前景。

Description

一种制备锡锂电池负极材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备锂电池负极材料的方法，特别是锡作为锂电池负极材料的制备方法，属于能源材料技术领域。
背景技术
锂离子电池，简称锂电池，凭借自身污染小、寿命长、功率高等优点广泛应用于笔记本电脑、移动电话、电动汽车等众多领域，成为电池市场的宠儿。目前，商业用锂电池的负极材料主要是石墨材料。随着研究的深入，人们发现，石墨作为锂电池负极材料其优点是循环性能和倍率性能较好，但其缺点是理论比容量低（372 mAh g-1），且石墨的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，单质锂会在石墨的表面析出而形成锂枝晶，而锂枝晶的出现可能会引发电池短路等安全问题。因此，研究开发新型的锂电池负极材料就成为了锂电池研究领域的重要课题之一。研究发现一些过渡金属氧化物如氧化铁、一些单质如硅，都可以作为锂电池负极材料使用。但制备工艺复杂、生产成本高、容量衰减快、循环性差成为这些新型负极材料的普遍缺点，使它们不能实现规模化商业化生产。最近研究发现二氧化锡可作为锂电池负极材料使用，且显示出比容量高、安全性好等一些独特的性能。因此，锡基负极材料的研究引起了人们的广泛关注，锡基锂电池负极材料主要包括锡基合金、锡基碳复合材料、锡基金属氧化物材料等。文献调研显示，将树枝状单质锡作为锂电池负极材料的研究，少见报道。至今为止，未见利用电化学方法制备树枝状单质锡并将其用作锂电池负极材料的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备树枝状锡锂电池负极材料的方法。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是这样的：一种制备树枝状锡锂电池负极材料的方法，包括以下步骤：
（1）材料准备：纯锡箔、冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠，备用；
（2）制备电解质溶液：选取冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠中的一种，配制成浓度为0.05mol·L-1~1mol·L-1的电解质溶液；
（3）制备
选取面积为30 mm×80 mm、厚度为0.5 mm的两块纯锡箔，分别作为阴极和阳极，将两块纯锡箔置于盛有以上配置好的电解液的容器内，与直流电源器连接，在0.5V-15V的电压范围内通电5-60分钟，在阴极表面生长出新的单质锡，关闭电源，将生长出的单质锡刮下，在60-90度烘箱内，烘干10-50分钟，研磨15-40分钟，即得到锡锂电池负极材料。
需要说明的是，通常电镀锡是以含锡的盐为电解质，本研究中初始的电解
质溶液是不含锡的，这是本研究的创新点之一。同时，所制备的材料为树枝状单质锡，文献调研显示，未见利用本方法制备树枝状单质锡的报道。
本发明的方法中，电解液原材料为冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠中的一种。
本发明取得的有益效果如下：利用恒定电位的方法就可以制备出具有树枝状的单质锡，且制备的产品作为锂电池负极材料使用时，具有一定的容量和循环稳定性。本专利产品制备工艺简单、价格低廉，易于规模化商业生产。
附图说明
图1：制备产品的XRD图。
图2：制备产品的SEM图。
图3： 制备的树枝状单质锡与金属锂片组装成的半电池在100 mA g-1电流
密度下的首次充放电曲线图。
图4：制备的树枝状单质锡与金属锂片组装成的半电池在100 mA g-1电流
密度下的放电比容量循环图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
将准备好的两片锡箔置于一含有0.5 mol·L-1硫酸钠溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源器的输出电压为5V，通电10 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于65度下烘干40分钟后，在经充分研磨20分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。
将活性物质粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯这三种物质按质量比为8:1:1称量，并在玛瑙研钵中混合均匀，混匀后滴加适量的N-甲基吡咯烷酮调制成膏，用玻璃片均匀地压抹在铜箔上，之后置于真空干燥箱中进行真空干燥。自然降温后作为电池正极使用，之后，以锂片为负极，聚丙烯2400为隔膜，以含有1mol·L-1 LiPF6的有机溶剂为电解液，在充满高纯氮气的手套箱中组装成半电池。之后进行常规的充放电测试。
图1为产物的XRD谱图。可见，产物的XRD谱图与二氧化锡的标准谱图完全不符，而与单质锡的XRD谱图完全吻合，且没有杂峰出现。这说明产物不是二氧化锡，是不含杂质的纯的单质锡。
图2为产物的SEM照片。由图2可知，产物为树枝状，树干的长度约为30 μm, 而树枝的长度为2 μm到5 μm不等。文献调研未见树枝状单质锡的报道。
图3为树枝状单质锡与金属锂片组装成的半电池在100mA g-1电流密度下的首次充放电曲线图。可见，该材料在100 mA g-1的电流密度下的首次放电比容量为440 mAh g-1，远高于石墨的理论比容量。
图4为树枝状单质锡与金属锂片组装成的半电池在100 mA g-1电流密度下的放电比容量循环图。可见，经过20圈循环后，电池的比容量依然维持在101 mAh g-1左右，这说明此材料的循环稳定性较好，可用作锂电池负极材料使用。
实施例2
将准备好的两片锡箔置于一含有0.3 mol L-1稀盐酸溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源的输出电压为6V，通电7 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于70度下烘干45分钟后，在经充分研磨25分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。按照实施例1的步骤，进行材料的电池性能测试。
实施例3
将准备好的两片锡箔置于一含有0.2 mol L-1磷酸溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源的输出电压为8V，通电15 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于80度下烘干30分钟后，在经充分研磨30分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。按照实施例1的步骤，进行材料的电池性能测试。
实施例4
将准备好的两片锡箔置于一含有0.5 mol L-1冰乙酸溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源的输出电压为12V，通电15 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于80度下烘干30分钟后，在经充分研磨20分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。按照实施例1的步骤，进行材料的电池性能测试。
实施例5
将准备好的两片锡箔置于一含有0.5 mol L-1硫酸钠溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源的输出电压为9V，通电20 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于60度下烘干30分钟后，在经充分研磨35分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。按照实施例1的步骤，进行材料的电池性能测试。
实施例6
将准备好的两片锡箔置于一含有0.4 mol L-1的冰乙酸溶液的烧杯中，然后，将两片锡箔分别连接直流电源器的正极和负极。调整电源的输出电压为8V，通电15 min后，取下当作负极的锡箔，并刮下其表面的镀层。收集后，在烘箱内于60度下烘干35分钟后，在经充分研磨35分钟后，即得到产品（即活性物质粉末）。按照实施例1的步骤，进行材料的电池性能测试。

Claims (1)

1.一种制备锡锂电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）材料准备：纯锡箔、冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠，备用；
（2）制备电解质溶液：选取冰乙酸、磷酸、盐酸、硫酸钠中的一种，配制成浓度为0.05mol L-1-1mol L-1的电解质溶液；
（3）制备
选取面积为30mm×80mm、厚度为0.5mm的两块纯锡箔，分别作为阴极和
阳极，将两块纯锡箔置于盛有以上配置好的电解液容器内，与直流电源器连接，在0.5V-15V的电压范围内通电5-60分钟，在阴极表面生长出新的单质锡，关闭电源，将生长出的单质锡刮下，在60-90度烘箱内，烘干10-50分钟，研磨15-40分钟，得到锡锂电池负极材料。
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