一种Sn-C复合物电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Sn‑C复合物电极材料及其制备方法和应用，所述的Sn‑C复合电极材料具有完整的C包覆结构，所述制备方法为：将SnCl2.2H2O和淀粉按一定比例充分溶解于去离子水中，然后进行超声分散，待分散均匀后，进行真空干燥，最后再于管式炉中(氩气氛围、900℃)热处理即得Sn‑C复合物，本发明专利技术还提供了所述的Sn‑C电极材料在制备锂离子电池负极中的应用，本发明专利技术Sn‑C复合电极材料，具有可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好、可规模化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种Sn-C复合物电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电池材料领域，特别涉及一种高容量、长寿命、低成本的Sn-C复合物电极材料，还涉及该电极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池的优越性能使其在便携式电子设备、电动汽车、航空航天等方面都有广阔的应用前景。目前商用的负极材料仍以石墨碳素类的碳材料为主，其最大理论比容量只有372mAh/g，制约了锂电池容量的进一步提高。锡被认为是最有希望的电极材料，其理论容量高达994mAh/g(Li4.4Sn合金)，远高于碳素负极材料理论比容量，将其用作锂离子电池的负极能大幅提升电池的容量。但是，以往的研究表明，锡基电极在充放电循环过程中，即在锂离子嵌入、脱出电极的过程中，会导致锡电极体积的巨大变化(～300％)，导致锡材料结构的崩塌和电极的剥落、粉化、以及不稳定的SEI膜的生长，进而导致电池容量锐减。近年来，通过碳包覆来缓解体积膨胀的方法开始受到广泛关注，采用这种方法制备的Sn-C复合物，可以有效地缓冲锡在嵌锂/脱锂过程的体积变化引发的应力，具有较好的循环稳定性。但碳源多数采用碳纳米管，石墨烯等材料，价格较为昂贵，不适用于规模化生产，本专利技术利用淀粉作为碳源，一方面能进行碳包覆缓解体积膨胀，另一方面大幅降低了成本，且工艺简单，适合大规模生产。
技术实现思路
本专利技术目的在于为提升锡电极的导电性、进一步延缓电极粉化、开裂的发生，本专利技术制备了一种Sn-C复合物电极材料，利用C导电性良好，具有规整的矩阵网络结构等优点，高温下碳化修饰锡颗粒，其可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好、可规模化生产。本专利技术的另一个目的是提供所述Sn-C复合物的制备方法及应用。本专利技术还提供了所述的Sn-C复合物电极材料的制备方法，包括：SnCl2.2H2O和淀粉溶液的均匀混合；混合样的真空干燥及高温热处理，制得Sn-C复合物。所述SnCl2.2H2O和淀粉质量比为4:1，但由于在高温下部分的锡会以挥发的方式损耗，故配料时SnCl2.2H2O可稍微过量。所述均匀混合过程为，称取一定量的淀粉，溶解于去离子水中，去离子水的质量为淀粉质量的5倍，但不限于此，再称取一定质量的SnCl2.2H2O，溶解于不大于其质量的去离子水中，再加入微量的盐酸溶液以促进其溶解，最后将两溶液混合，置于超声分散器振荡30min，直至完全溶解，振荡时间不限于此，视溶解程度而定。所述真空干燥的温度为100℃，保温时间为8-10h。所述高温热处理过程为，将干燥后的粉末加入管式炉中，全程通入流动的氩气，升温速率为5℃/min，升至900℃，保温时间为6h，然后自然冷却到室温。本专利技术还提供了所述的Sn-C复合物电极材料在制备锂离子电池负极中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的Sn-C电极材料能量密度高，可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好。以往的研究表明：锡材料具有较高的理论电化学容量，但是由于在嵌锂和脱锂过程中，伴随着巨大的体积变化，造成材料粉化，与集流体失去电接触后使得容量急剧下降。而本专利技术利用碳包覆缓冲锡材料在嵌锂过程中的体积变化，抵消部分内应力；同时，在锡上包覆碳能提升电子电导率，加快反应速率。附图说明下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为所制备的Sn-C复合物的XRD图片；图2和图3分别为Sn-C复合物的透射电镜图片；图4为Sn-C复合物的电化学循环稳定性和库伦效率。附图标记说明：1、箱体；2、电池；3、连接件；4、导线固定孔；5、固定螺栓；6、导线；7、第一充电接口；8、第二充电口；9、控制器。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。实施例1称取SnCl2.2H2O2g，溶于1.8g去离子水中，加入微量盐酸溶液，然后再称取0.5g淀粉，溶于2.5g去离子水中，将两溶液混合置于超声分散器中超声分散30min，至两溶液均匀混合。实施例2将均匀混合后的溶液抽滤后放入真空干燥箱，以100℃干燥8-10h，干燥后放入管式煅烧炉中进行碳化、还原，以5oC/min升温至900oC，并保温6小时，全程通入流动Ar气，结束后自然冷却至室温，即得到Sn-C复合物(请参阅图1、图2和图3)。取出所获得的Sn-C复合物粉末、导电炭黑superP和粘结剂PVDF按质量比8:1:1混合，加入适量有机溶剂NMP调成均匀的浆料，涂覆(厚度约5μm)在集流体铜箔上。将涂覆有样品的铜箔放入真空干燥箱中，在真空环境中干燥10小时。取出干燥后的样品，冲电极片，电极片直径为13mm。样品的充放电性能是在新威充放电设备上测试获得的。电化学测试在2032型扣式电池体系中进行，电解液是1MLiPF6溶解在添加2％VC(碳酸亚乙烯酯)的EC/DEC(碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯，体积比1:1)溶液，对电极是金属锂片。将上述的纽扣电池连接在新威设备上，在室温下，进行恒电流充放电测试。先以100mA/g的电流密度放电至截止电位0.01V(vs.Li/Li+)，静置2min以后，再以100mA/g的电流密度充电至截止电位3.0V(vs.Li/Li+)。得到的循环容量(请参阅图4)。本专利技术所制备的Sn-C复合物，首次容量可达到1019.2mAh/g，60次循环之后放电比容量分别为330.5mAh/g。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术；对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Sn‑C复合物电极材料，其特征在于，所述的Sn‑C复合物具有良好的碳包覆结构。

【技术特征摘要】
1.一种Sn-C复合物电极材料，其特征在于，所述的Sn-C复合物具有良好的碳包覆结构。2.一种根据权利要求1所述的Sn-C复合物的制备方法，其特征在于：利用SnCl2·2H2O溶液与淀粉溶液均匀混合，采用高温碳化还原的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀，
申请(专利权)人：无锡新锂辰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32