一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温制备含锡与锰混合物锂电池阳极材料的方法。其制备过程为：将锡源与锰源、二次水按一定质量比进行称量混合，经磁力搅拌、烘干、研磨后，即得到含有锡与锰的混合物粉末产品，该产品可作为锂电池阳极材料使用。本发明专利技术的制备方法，制备温度低、原材料价格低廉、工艺简单。所制备的锂电池阳极材料具有一定的放电比容量和良好的循环稳定性，可规模化商业生产，具有潜在商业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法
本专利技术涉及一种制备锂电池阳极材料的方法，特别是一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法，属于能源材料

技术介绍
锂离子电池，简称锂电池，因其具有比能量大、自放电小、质量轻、无记忆效应、环境友好等优点，在便携式电子机电产品等领域得到了广泛的应用。目前，商业化锂电池中的阳极材料主要为石墨，而石墨的理论比容量低，不能满足电动汽车高功率的要求。同时，在过充电情况下，锂枝晶在石墨表面的出现，可能会引发短路甚至爆炸等安全事故。近几年，雾霾天气在中国大部分地区的肆虐，使人们对锂电池作为电动汽车动力有了更高更迫切的需求。因此，开发新型阳极材料以代替石墨成为锂电池研究领域中的一个研究热点。目前，新开发的锂电池阳极材料主要包括：含锂盐的过渡金属氧化物如钛酸锂；金属单质如锡；过渡金属氧化物如氧化铁、氧化锡等。但这些新开发的锂电池阳极材料由于存在导电率低、在循环过程中体积膨胀大、制备成本高等不足，在实际锂电池商业化生产中少见报道。换句话说，开发性能可接受、制备成本低的阳极材料仍是锂电池研究领域中的重要课题之一。本专利技术的目的在于提供一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法，所制备的产品，在一定的电流密度下具有一定的容量，且具有良好的循环稳定性。本专利技术给出的低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法，包括以下步骤：将锡源、锰源、二次水按质量比为1：(0.1～1)：50进行称量混合，磁力搅拌30～100分钟，然后，在90～150℃下烘干6～20小时，得到干燥的前驱体，经研磨15～30分钟，得到粉末状含锡与锰的混合物产品。所制备的产品可用作锂电池阳极材料使用。所制备的产品用作锂电池阳极材料的方法如下：称取做制备的产品粉末0.2g，与乙炔黑、聚偏二氟乙烯按质量比为8:1:1进行称量混合，然后，在此混合物中滴加1.5mLN-甲基吡咯烷酮，调制成膏状物。将此膏状物涂抹在铜箔上，并用玻璃片抹压均匀。之后，将涂有膏状物的铜箔在120℃真空干燥箱中干燥24小时，冷却至室温后作为模拟电池的正极使用。在两电极构成的模拟电池中，金属锂片作为电池的负极，Celgard2400微孔聚丙烯膜作为隔膜使用，电解液为含1molL-1的LiPF6有机溶液。模拟电池是在室温下，在充满干燥高纯氮气的手套箱(南京南大仪器厂ZKX型)中组装而成的。本专利技术的方法，原材料锡源为五水合四氯化锡、二水合氯化亚锡中的一种。本专利技术的方法，原材料锰源为高锰酸钾、锰酸钾、氯化锰、硝酸锰中的一种。本专利技术取得的有益效果如下：本专利技术制备过程简单，将锡源与锰源配成溶液，通过简单干燥、研磨的方法就可制备出锂电池阳极材料。所制备的产品具有一定的容量，且具有良好的循环稳定性，具有潜在的商业应用前景。原料价格低廉、制备能耗低，适用于大规模工业化生产。附图说明图1为所制备材料的XRD图。图2为所制备的材料与单质锂片构成的半电池在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线图。图3为所制备的材料与单质锂片构成的半电池在500mAg-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专利技术。实施例1将五水合四氯化锡与高锰酸钾、二次水按质量比为1：0.9：50进行称量混合，磁力搅拌60分钟，之后，在100℃下烘干10小时，得到干燥的前驱体，经研磨20分钟后，得到最终的粉末状产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。称取0.2g上述产品粉末与乙炔黑、聚偏二氟乙烯按质量比为8:1:1进行混合，然后在此混合物中滴加1.5mLN-甲基吡咯烷酮，调制成膏状物。然后，将此膏状物涂抹在铜箔上，并用玻璃片抹压均匀。之后，将涂有膏状物的铜箔在120℃真空干燥箱中干燥24小时，冷却至室温后作为模拟电池的正极使用。在两电极构成的模拟电池中，金属锂片作为电池的负极，Celgard2400微孔聚丙烯膜作为隔膜使用，电解液为含1molL-1的LiPF6有机溶液。模拟电池是在室温下，在充满干燥高纯氮气的手套箱(南京南大仪器厂ZKX型)中组装而成的。见图1，所制备产品的XRD图，最上面的衍射峰是产品的衍射峰，可见该衍射峰与四氯化锡、高锰酸钾、二氧化锡的标准卡均不能完全对应，这说明该材料是一种完全不同于现在出现的阳极材料的新材料，是一种含有锡与锰并有新物质出现的混合物。见图2，该曲线为制备的材料与单质锂片构成的半电池在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线。可见，该材料在100mAg-1电流密度下的首次放电比容量为543mAhg-1，此数值远高于石墨的理论比容量(372mAhg-1)以及钛酸锂的理论比容量(175mAhg-1)。另外，图中放电曲线在0.9V以下出现一个斜的平台，说明本材料可作为锂电池的阳极材料使用。见图3，该曲线为制备的材料与单质锂片构成的半电池在500mAg-1电流密度下的放电比容量循环图。可见，循环10圈后，该材料电池容量依然维持在195mAhg-1左右。注意，此数值仍高于钛酸锂的理论比容量(175mAhg-1)。此结果说明，该材料不仅具有高的放电比容量而且具有良好的循环稳定性，可作为商业化锂电池的阳极材料使用。实施例2将五水合四氯化锡与高锰酸钾、二次水按质量比为1：0.6：50进行称量混合，磁力搅拌70分钟，之后，在120℃下烘干8小时，得到干燥的前驱体。经研磨30分钟后，得到粉末状的最终产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。所制备产品用作锂电池阳极材料的方法与实施例1相同。实施例3将五水合四氯化锡与锰酸钾、二次水按质量比为1：0.8：50进行称量混合，磁力搅拌90分钟，之后，在110℃下烘干9小时，得到干燥的前驱体。经研磨25分钟后，得到粉末状最终产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。所制备产品用作锂电池阳极材料的方法与实施例1相同。实施例4将二水合氯化亚锡与硝酸锰、二次水按质量比为1：0.65：50进行称量混合，磁力搅拌100分钟，之后，在90℃下烘干15小时，得到干燥的前驱体。经研磨20分钟后，得到粉末状的最终产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。所制备产品用作锂电池阳极材料的方法与实施例1相同。实施例5将二水合氯化亚锡与氯化锰、二次水按质量比为1：0.75：50进行称量混合，磁力搅拌90分钟，之后，在110℃下烘干8小时，得到干燥的前驱体。经研磨20分钟后，得到粉末状的最终产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。所制备产品用作锂电池阳极材料的方法与实施例1相同。实施例6将二水合氯化亚锡与高锰酸钾、二次水按质量比为1：0.35：50进行称量混合，磁力搅拌80分钟，之后，在95℃下烘干18小时，得到干燥的前驱体。经研磨25分钟后，得到粉末状的最终产品，即为含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。所制备产品用作锂电池阳极材料的方法与实施例1相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：将锡源、锰源、二次水按质量比为1：(0.1～1)：50进行称量混合，然后磁力搅拌30～100分钟，之后，在90～150℃下烘干6～20小时，得到干燥的前驱体，经研磨15～30分钟，得到粉末状的含锡与锰的混合物锂电池阳极材料。

【技术特征摘要】
1.一种低温制备含锡与锰的混合物锂电池阳极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：将锡源、锰源、二次水按质量比为1：(0.1～1)：50进行称量混合，然后磁力搅拌30～100分钟，之后，在90～150℃下烘干6～20小时，得到干燥的前驱体，经研磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁克强，赵棉，李晨雪，魏斌娟，张燕，石晓蜜，
申请(专利权)人：河北师范大学，
类型：发明
国别省市：河北,13