專利名稱：一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料，尤其涉及一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電子電器小型化、高能化、便攜化的趨勢(shì)，空間技術(shù)的發(fā)展和國(guó)防裝備的需求以及電動(dòng)汽車的研制和開發(fā)，對(duì)鋰離子電池的性能有更高的要求。而鋰離子電池性能的改善主要取決于嵌鋰電極材料能量密度和循環(huán)壽命的提高，目前商品化的鋰離子電池大多采用鋰過渡金屬氧化物/石墨體系作為負(fù)極活性材料，雖然這類體系的電化學(xué)性能優(yōu)異，但是其本身儲(chǔ)鋰能力較低，特別是碳類負(fù)極活性材料的理論容量?jī)H為372毫安時(shí)/克，如此低的容量目前已難以適應(yīng)各種便攜式電子設(shè)備的小型化發(fā)展及電動(dòng)汽車對(duì)大容量、高功率化學(xué)電源的需求。 目前許多尋求新型高比容量負(fù)極材料的研究十分活躍，其中金屬錫因其具有較高的嵌鋰容量(990mAh/g)引起廣泛關(guān)注，但是錫單獨(dú)作為鋰離子電池負(fù)極材料的致命弱點(diǎn)就是在進(jìn)行合金化過程中發(fā)生大的體積變化并最終引起合金的粉化，造成容量的衰減，并且影響安全性能。研究表明碳是金屬的一種很好的基體，如果能將兩者復(fù)合則能發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)金屬可以提供較大的容量，碳材料則具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，而且兩種材料均能儲(chǔ)鋰。為此人們將錫與碳進(jìn)行復(fù)合，以碳在脫嵌鋰過程中的小的體積膨脹來緩沖錫合金化過程中劇烈的體積膨脹，同時(shí)利用碳骨架來分散錫顆粒，抑制錫顆粒的團(tuán)聚，改善材料的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，使用該方法制備的負(fù)極復(fù)合材料用于鋰離子電池時(shí)，具有比容量大、循環(huán)性能好等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟
步驟I，制備錫碳前驅(qū)體
將錫鹽與葡萄糖混合均勻，得到混合物，所述葡萄糖與錫鹽中的錫的質(zhì)量比為，葡萄糖錫鹽中的錫=I (0. 05-0. 2)；
步驟2，制備錫碳納米纖維復(fù)合材料
將上述錫碳前驅(qū)體混合物充分溶解于丙酮中，形成濃度為0. 5-1. 5mol/L錫碳前驅(qū)體溶液，將碳酸丙烯酯和聚乙烯醇配置成濃度為10-13wt%聚合物/有機(jī)溶劑溶液，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合，攪拌，至溶液完全混溶，配成均勻的紡絲液；
將制得的紡絲液注入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到錫碳納米纖維，其中靜電紡絲工藝參數(shù)為注射器針頭內(nèi)徑為1-1. 5mm，施加的靜電電壓為10-15kV，紡絲液流量為l_2mL/h，接收距尚為15-20cm，米用多針頭紡絲；步驟3，燒結(jié)
將得到錫碳納米纖維在惰性氣體保護(hù)下，以2-3°C /min速度升溫100-180°C，保溫
l-2h，繼續(xù)以6-8°C /min速度升溫至700-900°C，保溫2_4h，隨爐冷卻，使得被無定形碳包覆的錫復(fù)合材料。其中，步驟I中，將錫鹽與葡萄糖混合均勻的方法為將錫鹽和葡萄糖加入乙二醇中后，以250-400轉(zhuǎn)/分的速率球磨10-12小時(shí)，然后置于100-130°C下干燥，得到錫碳前驅(qū)體混合物。其中，步驟2中，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合后的攪拌，在室溫下進(jìn)行?！?br> 其中，本發(fā)明所述錫鹽可以是任意可溶的錫鹽，最優(yōu)選為氯化錫。本發(fā)明還提供了一種上述方法制備的鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明制備的鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料，通過將錫碳前驅(qū)體電紡生成錫碳納米纖維復(fù)合材料并燒結(jié)，得到無定形碳包覆的錫復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且分散均勻，因此在具備高的能量密度之外，還具有良好的循環(huán)性能，用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，比容量高，高溫性能好，使用壽命長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
制備錫碳前驅(qū)體
將氯化錫與葡萄糖混合均勻，得到混合物，所述葡萄糖與氯化錫中的錫的質(zhì)量比為，葡萄糖氯化錫中的錫=I 0.05，其中，將將氯化錫與葡萄糖混合均勻的方法為將氯化錫和葡萄糖加入乙二醇中后，以250轉(zhuǎn)/分的速率球磨10小時(shí)，然后置于100°C下干燥，得到錫碳前驅(qū)體混合物。制備錫碳納米纖維復(fù)合材料
將上述錫碳前驅(qū)體混合物充分溶解于丙酮中，形成濃度為0. 5mol/L錫碳前驅(qū)體溶液，將碳酸丙烯酯和聚乙烯醇配置成濃度為10wt%聚合物/有機(jī)溶劑溶液，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合，室溫下攪拌，至溶液完全混溶，配成均勻的紡絲液。將制得的紡絲液注入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到錫碳納米纖維，其中靜電紡絲工藝參數(shù)為注射器針頭內(nèi)徑為1mm，施加的靜電電壓為10kV，紡絲液流量為lmL/h，接收距離為15cm，采用多針頭紡絲。燒結(jié)
將得到錫碳納米纖維在惰性氣體保護(hù)下，以2V /min速度升溫100°C，保溫2h，繼續(xù)以6°C /min速度升溫至700°C，保溫4h，隨爐冷卻，使得被無定形碳包覆的錫復(fù)合材料。實(shí)施例二 制備錫碳前驅(qū)體
將氯化錫與葡萄糖混合均勻，得到混合物，所述葡萄糖與氯化錫中的錫的質(zhì)量比為，葡萄糖氯化錫中的錫=I 0.2，其中，將將氯化錫與葡萄糖混合均勻的方法為將氯化錫和葡萄糖加入乙二醇中后，以400轉(zhuǎn)/分的速率球磨10小時(shí)，然后置于130°C下干燥，得到錫碳前驅(qū)體混合物。
制備錫碳納米纖維復(fù)合材料
將上述錫碳前驅(qū)體混合物充分溶解于丙酮中，形成濃度為1. 5mol/L錫碳前驅(qū)體溶液，將碳酸丙烯酯和聚乙烯醇配置成濃度為13wt%聚合物/有機(jī)溶劑溶液，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合，室溫下攪拌，至溶液完全混溶，配成均勻的紡絲液。將制得的紡絲液注入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到錫碳納米纖維，其中靜電紡絲工藝參數(shù)為注射器針頭內(nèi)徑為1. 5mm，施加的靜電電壓為15kV，紡絲液流量為2mL/h，接收距離為20cm，采用多針頭紡絲。燒結(jié)
將得到錫碳納米纖維在惰性氣體保護(hù)下，以3°C /min速度升溫180°C，保溫lh，繼續(xù)以8°C /min速度升溫至900°C，保溫2h，隨爐冷卻，使得被無定形碳包覆的錫復(fù)合材料。 比較例
以氯化亞錫和木薯淀粉為初始原料，在6. 8gSnCl2 2H20和5. Og木薯淀粉中加入20ml乙醇混合后，先以500轉(zhuǎn)/分的速率球磨14小時(shí)，然后在120°C烘干6小時(shí)，得到混合物；所得的混合物在流動(dòng)氬氣氣氛中(氬氣的流速為2000ml/min)，以2V /min升溫400°C并保溫4小時(shí)，再以相同的速率升溫到1000°C，然后待其自然冷卻到室溫，即得鋰離子電池負(fù)極用錫碳納米復(fù)合材料。將上述由實(shí)施例一、二以及比較例制得的鋰離子電池負(fù)極用錫碳納米復(fù)合材料加10wt%的導(dǎo)電劑乙炔黑，10wt%的粘結(jié)劑PVDF制成漿料，均勻涂覆在銅箔上，烘干壓實(shí)后卡成圓形極片，以金屬鋰為對(duì)電極制成模擬電池進(jìn)行充放電測(cè)試。經(jīng)測(cè)試該實(shí)施例一和二的的材料與比較例的材料相比，首次放電比容量提升了 40-50%以上，循環(huán)壽命提高1. 5倍以上。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I，制備錫碳前驅(qū)體將錫鹽與葡萄糖混合均勻，得到混合物，所述葡萄糖與錫鹽中的錫的質(zhì)量比為，葡萄糖錫鹽中的錫=I (O. 05-0. 2)；步驟2，制備錫碳納米纖維復(fù)合材料將上述錫碳前驅(qū)體混合物充分溶解于丙酮中，形成濃度為O. 5-1. 5mol/L錫碳前驅(qū)體溶液，將碳酸丙烯酯和聚乙烯醇配置成濃度為10-13wt%聚合物/有機(jī)溶劑溶液，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合，攪拌，至溶液完全混溶，配成均勻的紡絲液；將制得的紡絲液注入靜電紡絲裝置中進(jìn)行紡絲，得到錫碳納米纖維，其中靜電紡絲工藝參數(shù)為注射器針頭內(nèi)徑為1-1. 5mm，施加的靜電電壓為10_15kV，紡絲液流量為l_2mL/ h，接收距尚為15-20cm，米用多針頭紡絲；步驟3，燒結(jié)將得到錫碳納米纖維在惰性氣體保護(hù)下，以2-3°C /min速度升溫100-180°C，保溫l-2h，繼續(xù)以6-8°C /min速度升溫至700-900°C，保溫2_4h，隨爐冷卻，使得被無定形碳包覆的錫復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中，將錫鹽與葡萄糖混合均勻的方法為將錫鹽和葡萄糖加入乙二醇中后，以250-400轉(zhuǎn)/分的速率球磨10-12小時(shí)，然后置于100-13(TC下干燥，得到錫碳前驅(qū)體混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/ 有機(jī)溶劑溶液混合后的攪拌，在室溫下進(jìn)行。
4.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述錫鹽為氯化錫。
5.一種如權(quán)利要求1所述方法制備的鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法將錫鹽與葡萄糖混合，球磨干燥，得到錫碳前驅(qū)體混合物；將上述錫碳前驅(qū)體混合物充分溶解于丙酮中，形成濃度為0.5-1.5mol/L錫碳前驅(qū)體溶液，將碳酸丙烯酯和聚乙烯醇配置成濃度為10-13wt%聚合物/有機(jī)溶劑溶液，將錫碳前驅(qū)體溶液和聚合物/有機(jī)溶劑溶液混合，配成均勻的紡絲液；進(jìn)行靜電紡絲，得到錫碳納米纖維；將得到錫碳納米纖維在惰性氣體保護(hù)下，燒結(jié)得到被無定形碳包覆的錫復(fù)合材料。本發(fā)明制備的鋰離子電池錫碳復(fù)合負(fù)極材料，在具備高的能量密度之外，還具有良好的循環(huán)性能，用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，比容量高，高溫性能好，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01M4/38GK103022501SQ20121051516
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者姜波 申請(qǐng)人:上海錦眾信息科技有限公司