一种气相沉积制备锡基负极材料的方法技术

一种气相沉积制备锡基负极材料的方法，首先将纳米锡与过渡金属化合物水溶液混合，进行加热至水分蒸发，再用还原剂将负载有过渡金属化合物的纳米锡进行还原，然后用无定形碳碳源将得到的负载有过渡金属的纳米锡进行沉积，最后利用酸性介质溶液将沉积有无定形碳的纳米锡上的过渡金属去除。本发明专利技术以过渡金属作为催化剂，使得无定形碳与纳米锡之间通过化学键复合在一起，将无定形碳沉积在纳米锡上，得到纳米锡和无定形碳的复合负极材料，无定型碳具有多孔结构，能有效缓解锡粉在充放电中产生的体积膨胀效应，同时气相沉积能均匀对每个锡粉颗粒进行包覆改性，避免了纳米锡的团聚，提高了材料的循环性和结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于裡离子电池领域，尤其设及一种负极材料，具体设及一种利用气相沉 积在锡表面沉积一层无定型碳来对金属锡进行改性的方法。
技术介绍
随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空 气污染和室溫效应也成为全球性的问题，W及国民经济的快速发展和人民生活水平的提 高，我国对原油的依赖度与日俱增，已对我国能源安全构成直接威胁，另外，原油的价格波 动也直接影响到我国国民经济的发展，随着国际原油价格的不断攀升，不仅增加了中国用 高额外汇进口石油的经济压力，也使国内油品市场供求矛盾更加突出在我国石油消费结构 中，交通工具消耗的石油占一半W上，且呈现连续性大幅度上升趋势，运些迫使人们不得不 在寻找新能源、发展新的交通工具方面加快步伐动力电池和电动汽车的发展被放在越来越 重要的位置。因此，W绿色二次电池为动力的二次能源越来越受到人们的重视，被视为是解 决能源枯竭和环境污染的有效途径。随着W绿色二次电池为动力的二次能源的迅速发展，各种新能源电动汽车及便携 式电子设备、电动工具的广泛使用和高速发展，对化学电源的要求也相继提高。裡离子电池 由于开路电压高、能量密度大、重量轻和自放电低等优点在运些领域得到日益广泛的应用。 目前，商品化的裡离子电池负极材料主要为石墨，石墨具有较低的裡嵌入/脱嵌 电位、合适的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的裡离子电池负极材料。 但其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了裡离子电池比能量的进一步提高，不能满足日 益发展的高能量便携式移动电源的需求。同时，石墨作为负极材料时，在首次充放电过程中 在其表面形成一层固体电解质膜（SEI)。固体电解质膜是电解液、负极材料和裡离子等相 互反应形成，不可逆地消耗裡离子，是形成不可逆容量的一个主要的因素；其二是在裡离子 嵌入的过程中，电解质容易与其共嵌在迁出的过程中，电解液被还原，生成的气体产物导致 石墨片层剥落，尤其在含有PC的电解液中，石墨片层脱落将形成新界面，导致进一步SEI形 成，不可逆容量增加，同时循环稳定性下降。碳材料作为裡离子电池负极材料依然存在充放 电容量低、初次循环不可逆损失大、溶剂分子共插层和制备成本高等缺点，运些也是在目前 裡离子电池研究方面所需解决的关键问题。 金属锡具有高的储裡容量（994mAh/g)和低的裡离子脱嵌平台电压等优点，是一 种极具发展潜力的非碳负极材料。近年来人们对运类材料开展了广泛的研究，并取得了一 定的进展。但在可逆储裡过程中，金属锡体积膨胀显著，导致循环性能变差，容量迅速衰减， 因此难W满足大规模生产的要求。为此，通过引入碳等非金属元素，W合金化或复合的方式 来稳定金属锡，减缓锡的体积膨胀。碳能够阻止锡颗粒间的直接接触，抑制锡颗粒的团聚和 长大，起到缓冲层的作用。运些方法确实能在一定程度上改善娃的循环性能，但改善的程度 有限，材料的循环性能依然不能满足需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供种利用气相沉积无定型碳 对锡负极材料进行改性的方法，具体步骤如下： A) 将纳米锡与过渡金属化合物水溶液混合，进行加热至水分蒸发，得到负载有过渡金 属化合物的纳米锡； B) 用还原剂将所述步骤A)得到的负载有过渡金属化合物的纳米锡进行还原，得到负 载有过渡金属的纳米锡； C) 用无定形碳碳源将所述步骤B)得到的负载有过渡金属的纳米锡进行沉积，得到沉 积有无定形碳的纳米锡； D) 利用酸性介质溶液将所述步骤C)中得到的沉积有无定形碳的纳米锡上的过渡金 属去除，并进行洗涂至中性，然后烘干，得到改性纳米锡负极材料。 进一步，步骤A)中所述的纳米锡与过渡金属化合物的质量比为100 : (30~50)。 进一步，步骤A)中所述的过渡金属化合物包括儀的氯化物、铁的氯化物和钻的氯 化物中的一种或几种。 进一步，步骤A)中所述的过渡金属化合物水溶液的摩尔浓度优选为0. 05~ 0.3mol/L〇 进一步，步骤A)中所述的加热溫度为30~85°C。 进一步，步骤B)中所述的还原剂为氨气。 进一步，步骤C)中所述的无定形碳碳源为气体碳氨化合物。 进一步，步骤C)中所述的沉积的溫度为600~800°C，沉积的时间为2~5小时， 无定形碳的沉积量占纳米锡重量的30~50%。 进一步，步骤D)中所述的酸性介质溶液为盐酸溶液，摩尔浓度为0.Ol~0. 5mol/ L。 本专利技术提供的一种利用无定型碳沉积对纳米锡负极材料进行改性的方法，W过渡 金属作为催化剂，使得无定形碳与纳米锡之间通过化学键复合在一起，将无定形碳沉积在 纳米锡上，得到纳米锡和无定形碳的复合负极材料，无定型碳具有多孔结构，能有效缓解锡 粉在充放电中产生的体积膨胀效应，同时气相沉积能均匀对每个锡粉颗粒进行包覆改性， 避免了纳米锡的团聚，提高了材料的循环性和结构稳定性。实验数据表明，使用本专利技术提供 的负极材料克比容量可达到360mAh/g，由该材料制备得到的裡离子电池在充放电循环500 次的时候，容量保存率为85%W上，说明使用本专利技术提供的负极材料制备得到的裡离子容 量保存率较高，具有较好的循环性能。【具体实施方式】 为了进一步说明本专利技术，W下结合实施例对本专利技术的技术方案作一定的介绍，但 不能将其理解为对本专利技术保护范围的限定。 实施例1 按照纳米锡：NiClz=IOO:30的质量比，配置0.Imol/L的NiClz水溶液，然后加入纳米 锡，在55°C的溫度下揽拌分散均匀、烘干，得到表面负载有NiClz的纳米锡。再用氨气对其进 行还原，得到表面负载有金属Ni的纳米锡，通入甲烧气体，使无定型碳在纳米锡表面沉积， 控制时间为化，无定型碳沉积量占纳米锡重量的33%，最后用0.Imol/L的盐酸溶液对纳米 锡上的金属Ni进行去除，并洗涂至中性，然后烘干，得到改性纳米锡负极材料。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气相沉积制备锡基负极材料的方法，其制备步骤步骤如下：A) 将纳米锡与过渡金属化合物水溶液混合，进行加热至水分蒸发，得到负载有过渡金属化合物的纳米锡；B) 用还原剂将所述步骤A)得到的负载有过渡金属化合物的纳米锡进行还原，得到负载有过渡金属的纳米锡；C) 用无定形碳碳源将所述步骤B)得到的负载有过渡金属的纳米锡进行沉积，得到沉积有无定形碳的纳米锡；D) 利用酸性介质溶液将所述步骤C)中得到的沉积有无定形碳的纳米锡上的过渡金属去除，并进行洗涤至中性，然后烘干，得到改性纳米锡负极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田东，
申请(专利权)人：田东，
类型：发明
国别省市：广东;44