氧化锡基负极材料及其制备方法技术

技术编号:15297260 阅读:495 留言:0更新日期:2017-05-11 19:30
本发明专利技术揭示了一种氧化锡基负极材料的制备方法,包括:将SnO2和过渡金属M在惰性气氛下通过固相球磨混匀,获得SnO2‑M混合粉末;将所述SnO2‑M混合粉末加入到溶解了有机碳源的溶液中,通过液相球磨混匀,获得SnO2‑M和有机碳源的混合悬浊液;将所述混合悬浊液,置于真空干燥箱中干燥,获得SnO2‑M‑有机碳源的混合固体;将所述混合固体,置于惰性气氛炉中碳化,获得SnO2‑M‑C复合粉体。本发明专利技术得SnO2‑M‑C复合粉体相对于现有氧化锡基负极材料,其脱嵌锂动力学性能明显得到改善,提高了氧化锡基负极材料的功率性能。

Tin oxide anode material and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method, oxidation of tin based anode materials include: SnO2 and transition metal M under inert atmosphere by ball milling mixing, SnO2 M mixed powder; adding the SnO2 M mixed powder to dissolved organic carbon source in liquid phase by mixing ball milling, suspension SnO2 M and organic carbon source; the suspension, in a vacuum drying box for drying, mixed solid was obtained M organic carbon SnO2; the mixed solid carbide in an inert atmosphere in the furnace, SnO2 M C composite powder. The invention of SnO2 M C composite powder compared with the existing tin oxide based anode materials, the dynamic performance of lithium deintercalation was improved, improve the power performance of tin oxide based anode materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到新能源领域,特别是涉及到氧化锡基负极材料及其制备方法
技术介绍
新型信息通讯技术、电动汽车、智能电网等产业的迅速发展对锂离子电池的储能容量、功率、能量密度、寿命、安全性等方面提出了更高的要求。然而,受到了现有电极材料比容量低的制约,目前锂电子电池无法满足上述领域的应用需求。因此,新一代锂离子电池性能的提高将主要取决于高功率和高比容量电极材料体系的发展。基于嵌锂-脱锂机制的锂离子电池的功率性能依赖于Li+在正负极材料内部的嵌入和脱出的速率和电子在电极材料内部的传输速率。因此,提高电极材料Li+嵌入和脱出的速率和电子在电极材料内部的传输速率对锂离子电池的功率性能至关重要。尤其是许多高比容量的氧化物电极材料,如何解决材料中Li2O的Li+脱出的速率和电子转移速率的问题成为了高功率型锂离子所面临的关键科学与技术难题之一。相比于石墨、Sn金属等负极,Sn基氧化物具有更高的储锂容量、热稳定性和更多样化的可调控微纳结构。SnO2的理论质量比容量为1494mAh/g,体积比容量更是高达10220mAh/cm3,比Si负极(9744mAh/cm3)和Li负极(2277mAh/cm3)都要高。如果SnO2负极能够实际应用,将能大幅度提高锂离子电池体系的比容量和能量密度。因此SnO2基负极材料持续成为研究热点。可SnO2存在着脱嵌锂速度和电子转移速度慢等功率性能差的问题。针对功率性能差的问题,目前解决的最有效方法是将纳米尺度SnO2与各种碳材料(石墨、石墨烯、碳纳米管/纳米纤维、多孔/介孔碳等)进行复合形成稳定的微纳结构,从而提高材料电荷传输能力,进而提高材料的功率性能。但由于复合方式的复杂性或不均匀性,现有的复合方法很难提高一种简单有效的均匀复合方式。此外,SnO2在脱嵌锂过程中的中间产物纳米Sn相在循环过程中的再结晶和粗化导致锂离子和电池在电极活性材料中的迁移距离增大,这是限制SnO2功率性能最主要的原因。因此,现有氧化锡基负极材料的性能改进还有待改善。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供氧化锡基负极材料及其制备方法,旨在解决现有氧化锡基负极材料脱嵌锂动力学性能差的问题。本专利技术提出一种氧化锡基负极材料的制备方法,包括:将SnO2和过渡金属M在惰性气氛下通过固相球磨混匀,获得SnO2-M混合粉末;将所述SnO2-M混合粉末加入到溶解了有机碳源的溶液中,通过液相球磨混匀,获得SnO2-M和有机碳源的混合悬浊液;将所述混合悬浊液,置于真空干燥箱中干燥,获得SnO2-M-有机碳源的混合固体;将所述混合固体,置于惰性气氛炉中碳化,获得SnO2-M-C复合粉体。优选地,所述过渡金属M包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种或多种。优选地,所述SnO2-M-C复合粉体中过渡金属M的质量百分含量为1~40%,所述的过渡金属M的纯度为99%~100%,所述的过渡金属M的颗粒大小为200nm~20μm。优选地,所述固相球磨过程中磨球的质量与SnO2和过渡金属M的质量总和比为15:1~50:1,固相球磨机转数为300~500rpm,所述固相球磨时间为5~50小时。优选地,所述惰性气体包括纯度大于99.999%的氩气或纯度大于99.999%的氮气中的一种。优选地,所述有机碳源包括蔗糖、葡萄糖、柠檬酸和尿素中的一种或多种。优选地,所述有机碳源的纯度为99%~100%;所述溶解了有机碳源的溶液所使用的溶剂为水和有机溶剂的混合体,所述混合体中有机溶剂的质量百分含量为0~50%;所述溶解了有机碳源的溶液浓度为1%~10%。优选地,所述液相球磨过程中磨球质量与所述有机碳源溶液质量比例为1:1~5:1,所述液相磨机的转数为1500~3000rpm,所述液相球磨时间为2~6小时,所述混合悬浊液中,固体与液体质量比例为5%~30%。优选地,所述碳化的温度为600~650℃,碳化的时间为4~6小时。本专利技术还提供了一种氧化锡基负极材料,由上述的制备方法制得的SnO2-M-C复合粉体。本专利技术有益效果:本专利技术提供一种锂离子电池复合负极材料体系,通过裂解碳包覆SnO2-M,形成SnO2-M-C复合粉体。添加过渡金属M,抑制了循环过程中中间产物Sn的团聚,提高SnO2材料的在大倍率条件下的结构稳定性;用裂解碳包覆层有利于形成稳定的SEI膜并缓冲SnO2循环过程中的体积膨胀,进一步保持SnO2电极材料结构的稳定性,改善负极材料的脱嵌锂动力学,提高功率性能。附图说明图1本专利技术一实施例中氧化锡基负极材料的制备方法流程示意图;图2本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C三元复合粉末的扫描电镜图;图3本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C三元复合粉末的透射电镜图;图4本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C、SnO2-C和SnO2材料所分别对应的纽扣电池的循环性能图;图5本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C、SnO2-C和SnO2材料所分别对应的2000mAh的软包电芯10C/1C放电容量百分比图;图6本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C、SnO2-C和SnO2材料所分别对应的2000mAh的软包电芯在50%SOC时HPPC功率性能图;图7本专利技术一实施例中SnO2-Mn-C、SnO2-C和SnO2材料所分别对应的2000mAh的软包电芯在-30℃以40W放电功率冷启动2S后的电压图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。参照图1,本专利技术实施例提出一种氧化锡基负极材料的制备方法,包括:S1:将SnO2和过渡金属M在惰性气氛下通过固相球磨混匀,获得SnO2-M混合粉末;S2:将所述SnO2-M混合粉末加入到溶解了有机碳源的溶液中,通过液相球磨混匀,获得SnO2-M和有机碳源的混合悬浊液;S3:将所述混合悬浊液,置于真空干燥箱中干燥,获得SnO2-M-有机碳源的混合固体;S4:将所述混合固体,置于惰性气氛炉中碳化,获得SnO2-M-C复合粉体。本专利技术实施例中先将单质SnO2和金属M球磨,使得SnO2颗粒和金属M颗粒在球磨过程中颗粒尺寸更为细小,同时使得SnO2颗粒和金属M颗粒复合均匀。SnO2颗粒变细有助于提高负极电极的扩散动力学,提高电极材料的功率性能;SnO2与金属M混合均匀有助于抑制循环过程中中间产物Sn的团聚,提高SnO2材料的结构稳定性,从而提高电极材料的循环稳定性。进一步地,上述过渡金属M包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种或多种。过渡金属M与SnO2混合均匀,能有效的提高的材料的导电性;同时,过渡金属M能够与SnO2基负极在放电过程中的中间产物纳米Sn形成Sn-M键,从而有效的阻止纳米Sn在电极循环过程中的团聚,使得电极材料有更好的脱嵌锂动力学,从而提高SnO2的功率性能。效果较好的过渡金属M包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种或多种。进一步地,上述SnO2-M-C复合粉体中过渡金属M的质量百分含量为1~40%,所述的过渡金属M的纯度为99%~100%,所述的过渡金属M的颗粒大小为200nm~20μm。过渡金属的纯度和百分含量,与SnO2-M-C复合粉体的性能密切相关,本专利技术实施例对过渡金属M的质量百分含量进行了优化实验,以便更好本文档来自技高网
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氧化锡基负极材料及其制备方法

【技术保护点】
一种氧化锡基负极材料的制备方法,其特征在于,包括:将SnO2和过渡金属M在惰性气氛下通过固相球磨混匀,获得SnO2‑M混合粉末;将所述SnO2‑M混合粉末加入到溶解了有机碳源的溶液中,通过液相球磨混匀,获得SnO2‑M和有机碳源的混合悬浊液;将所述混合悬浊液,置于真空干燥箱中干燥,获得SnO2‑M‑有机碳源的混合固体;将所述混合固体,置于惰性气氛炉中碳化,获得SnO2‑M‑C复合粉体。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锡基负极材料的制备方法,其特征在于,包括:将SnO2和过渡金属M在惰性气氛下通过固相球磨混匀,获得SnO2-M混合粉末;将所述SnO2-M混合粉末加入到溶解了有机碳源的溶液中,通过液相球磨混匀,获得SnO2-M和有机碳源的混合悬浊液;将所述混合悬浊液,置于真空干燥箱中干燥,获得SnO2-M-有机碳源的混合固体;将所述混合固体,置于惰性气氛炉中碳化,获得SnO2-M-C复合粉体。2.根据权利要求1所述的氧化锡基负极材料的制备方法,其特征在于,所述过渡金属M包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的氧化锡基负极材料的制备方法,其特征在于,所述SnO2-M-C复合粉体中过渡金属M的质量百分含量为1~40%,所述的过渡金属M的纯度为99%~100%,所述的过渡金属M的颗粒大小为200nm~20μm。4.根据权利要求1所述的氧化锡基负极材料的制备方法,其特征在于,所述固相球磨过程中磨球的质量与SnO2和过渡金属M的质量总和比为15:1~50:1,固相球磨机转数为300~500rpm,所述固相球磨时间为5~50小时。5.根据权利要求1所述的氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:欧阳云鹏张耀吴振豪胡仁宗王明旺梁锐
申请(专利权)人:欣旺达电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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