CN108807867A - 一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法 - Google Patents

一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=（7‑8）:（2‑3）质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为6‑10MPa；（二）碳热还原：在氮气氛围下，以1‑4℃/min的升温速度，将温度升至200‑250℃，恒温60‑120min，再以3‑7℃/min的速度将温度升至800‑1000℃，恒温50‑70min，之后自然降温。本发明采用无机锡盐和酚醛树脂为原料，借鉴模板法制备介孔炭的过程，应用碳热还原原理，制备了一种锡碳复合材料用作锂离子电池负极材料，其具有容量大的特点，并且，安全性能高，倍率性能好，与电解液相容性好，价廉环保，值得推广使用。

Description

一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法
技术领域
本发明涉及碳材料领域技术，尤其是指一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法。
背景技术
随着新兴经济的快速发展，全球能源消耗量急剧增长。锂离子电池以其高电压、高能量密度、循环寿命长、安全性能好、成本低廉等优点在电脑、相机和移动电话等便携式电子设备上已经得到了广泛的应用。近年来，世界各国都在积极开展锂离子电池运用于混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）等的研究，但锂离子电池作为车载动力电池的主要瓶颈是锂离子电池负极材料的性能。
虽然目前锂离子电池在二次电池应用领域占有优势地位，但其广泛商业化应用的负极材料-石墨类材料的实际容量已接近理论容量（372mAh/g），其进一步提升的空间非常有限，这成为阻碍其进一步发展的瓶颈之一。金属Sn能与Li形成合金，理论容量为994 mAh/g是石墨类材料的两倍多，因此一经提出，就受到了各国研究者的广泛关注，同时锡基材料作为锂离子电池负极材料还具备安全性能高、倍率性能好、与电解液相容性好、价廉环保等特点，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，其能有效解决现有之负极材料容量小的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=（7-8）:（2-3）质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为6-10MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以1-4℃/min的升温速度，将温度升至200-250℃，恒温60-120min，再以3-7℃/min的速度将温度升至800-1000℃，恒温50-70min，之后自然降温。
作为一种优选方案，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=8:2质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
作为一种优选方案，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=7:3质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
本发明采用无机锡盐和酚醛树脂为原料，借鉴模板法制备介孔炭的过程，应用碳热还原原理，制备了一种锡碳复合材料用作锂离子电池负极材料，其具有容量大的特点，并且，安全性能高，倍率性能好，与电解液相容性好，价廉环保，值得推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中得到硅锡的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1中在电压为0.01～1.5 V，0.5C（1C＝200 mA/g）条件下首次循环性能图。
具体实施方式
本发明揭示了一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF= （7-8）:（2-3）质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为6-10MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以1-4℃/min的升温速度，将温度升至200-250℃，恒温60-120min，再以3-7℃/min的速度将温度升至800-1000℃，恒温50-70min，之后自然降温。
下面以多个实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=7:3质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
如图1所示，是本实施例1得到硅锡的扫描电镜图，从图中可以看出，复合材料的结构为锡颗粒被碳包覆，同时由于 CO2 的生成和溢出，锡颗粒周围有一定的空间，基本形成了预想的结构。
如图2所示，通过Land电池测试仪测试电池的在不同条件下的充放电性能，本实施例中在电压为0.01-1.5 V，0.5C（1C＝200 mA/g）条件下首次循环性能图。首次放电容量为1070 mAh/g ，首次充放电效率为80%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1072 mAh/g 的可逆容量。
实施例2：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=8:2质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
经测试，本实施例中，首次放电容量为1050 mAh/g ，首次充放电效率为86%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1060mAh/g 的可逆容量。
实施例3：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF= 7:2质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为6MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以2℃/min的升温速度，将温度升至200℃，恒温70min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
经测试，本实施例中，首次放电容量为1045 mAh/g ，首次充放电效率为84%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1054mAh/g 的可逆容量。
实施例4：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF= 8:3质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至250℃，恒温80min，再以6℃/min的速度将温度升至800℃，恒温50min，之后自然降温。
经测试，本实施例中，首次放电容量为1035mAh/g ，首次充放电效率为82%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1040mAh/g 的可逆容量。
实施例5：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF= 7:3质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为7MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以1℃/min的升温速度，将温度升至230℃，恒温60min，再以3℃/min的速度将温度升至850℃，恒温55min，之后自然降温。
经测试，本实施例中，首次放电容量为1028 mAh/g ，首次充放电效率为83%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1033mAh/g 的可逆容量。
实施例6：
一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF= 8:2质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为10MPa。
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以4℃/min的升温速度，将温度升至240℃，恒温120min，再以7℃/min的速度将温度升至1000℃，恒温70min，之后自然降温。
经测试，本实施例中，首次放电容量为1013 mAh/g ，首次充放电效率为82%，循环3次后，效率接近100%，循环 40 次后依然保有1020mAh/g 的可逆容量。
本发明的设计重点在于：本发明采用无机锡盐和酚醛树脂为原料，借鉴模板法制备介孔炭的过程，应用碳热还原原理，制备了一种锡碳复合材料用作锂离子电池负极材料，其具有容量大的特点，并且，安全性能高，倍率性能好，与电解液相容性好，价廉环保，值得推广使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=（7-8）:（2-3）质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为6-10MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以1-4℃/min的升温速度，将温度升至200-250℃，恒温60-120min，再以3-7℃/min的速度将温度升至800-1000℃，恒温50-70min，之后自然降温。
2.根据权利要求1所述的一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=8:2质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
3.根据权利要求1所述的一种使用简单球磨制备锡碳材料的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（一）混料：首先，将纳米氧化锡与酚醛树脂以SnO2:PF=7:3质量比球磨混合；然后，采用干粉压片机压片，压力为8MPa；
（二）碳热还原：在氮气氛围下，以3℃/min的升温速度，将温度升至225℃，恒温90min，再以5℃/min的速度将温度升至900℃，恒温60min，之后自然降温。
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