SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新能源领域，公开了一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料及其制备方法和应用。该负极材料是由SnO2和SiO2组成的复合材料；SnO2包覆分散在SiO2表面形成包覆形貌结构。该制备方法通过一步水热法制备出包覆结构锂离子负极材料SiO2@SnO2。本发明专利技术的制备工艺简单，且合成出的复合负极材料SiO2@SnO2具有循环性能优良等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源领域，特别涉及一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子产品和电动汽车的发展，市场对高容量、高能量密度、循环性能稳定和寿命长的锂离子电池具有很大的需求。在锂离子电池的发展过程中，负极材料是锂离子电池发展的关键之一，传统的碳质负极材料虽然寿命较长，成本低，但比容量低(理论容量为372mA h g-1)，难于满足市场的需求，这严重制约了锂离子电池的发展。通过研究，锡基材料能与锂形成合金,具有更高的理论容量，被认为是替代传统碳质材料的潜在电极材料。其中SnO2具有高的容量(782mA h g-1)、成本低、资源丰富而倍受青睐。然而，SnO2作为锂离子电池负极材料也具有一定缺陷，例如充放电过程中会有明显的体积膨胀而导致电极材料脱落、开裂，使得电池的循环性能比较差，另外，SnO2的导电性较差。为了改善SnO2的电化学性能，人们从制备方法的改进和掺杂改性等方面进行了研究，而碳包覆结构和中空结构将能有效解决SnO2体积膨胀的问题并能提高负极材料的导电性。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料。该材料具有包覆结构，且具有比较好的循环性能。本专利技术的再一目的在于提供上述SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料的制
备方法。该方法采用一步水热法。本专利技术的又一目的在于提供上述SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料的采用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料，该负极材料是由SnO2、SiO2组成的复合材料；SnO2纳米颗粒分散在SiO2球状颗粒上形成包覆结构。上述SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料的制备方法，按照以下操作步骤：(1)按照每0.69g的SiO2粉末加入1L无水乙醇的比例，量取无水乙醇，再把SiO2粉末分散在无水乙醇中，超声分散30～90min，得到混合溶液；(2)再称取五水四氯化锡，加入到混合溶液中，常温下磁力搅拌5～15min；所述五水四氯化锡的质量是SiO2粉末的8倍；(3)将混合溶液倒入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，然后放到真空干燥箱里，在160～200℃下水热反应12～24h；(4)待反应釜的温度降到室温，通过离心收集产物，并用无水乙醇清洗；(5)在85～95℃下干燥10～24h后得到SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料。步骤(1)所述SiO2的尺寸为100～800nm。步骤(3)所述聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜的体积为250mL。步骤(3)所述水热反应的温度为160℃，时间为12h。步骤(4)所述用无水乙醇清洗的次数为两次。上述SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料在便携式电子设备或电器中的应用。本专利技术的原理是：本专利技术通过超声分散，利用一步水热法制备SiO2@SnO2锂离子电池负极材料，SnO2包覆分散在SiO2表面上形成包覆结构，且生成的SnO2具有纳米尺寸，大约5nm。该结构在一定程度上阻止了SnO2团聚，使SnO2均匀分散，在材料
中形成较大的空间，这有利于缓冲SnO2体积变化产生的应力，防止电极破裂，且提供了锂离子的传输通道，从而提高电池的循环性能。本专利技术相对现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术制备工艺简单，通过一步水热法制备。(2)所制备的SiO2@SnO2复合材料由SiO2和SnO2两种材料组成，且具有包覆结构。(3)和SnO2材料相比，SiO2@SnO2复合材料具有更好的循环性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)称取尺寸为200nm的SiO2粉末0.1g；加入到160mL无水乙醇中，超声分散60min，得到混合溶液；(2)再称取0.8g五水四氯化锡，加入到混合溶液中，常温下磁力搅拌5min；(3)将混合溶液倒入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，然后放到真空干燥箱里，在160℃下水热反应12h；(4)待反应釜的温度降到室温，通过离心收集产物，并用无水乙醇清洗两次；(5)在90℃下干燥20h后得到SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料。通过X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测定复合材料的成分结构，通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察复合材料的形貌特征，可见所得SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料是由SnO2和SiO2组成的复合材料。SnO2包覆分散在SiO2表面，形成包覆形貌结构。实施例2(1)称取尺寸为200nm的SiO2粉末0.1g，得到混合粉末；加入到160mL无水乙醇中，超声分散30min，得到混合溶液；(2)再称取0.8g五水四氯化锡，加入到混合溶液中，常温下磁力搅拌15min；(3)将混合溶液倒入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，然后放到真空干燥箱里，在180℃下水热反应16h；(4)待反应釜的温度降到室温，通过离心收集产物，并用无水乙醇清洗；(5)在85℃下干燥24h后得到SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料。通过X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测定复合材料的成分结构，通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察复合材料的形貌特征，可见所得SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料是由SnO2和SiO2组成的复合材料。SnO2包覆分散在SiO2表面，形成包覆形貌结构。实施例3(1)称取尺寸为200nm的SiO2粉末0.1g，得到混合粉末；加入到160mL无水乙醇中，超声分散90min，得到混合溶液；(2)再称取0.8g五水四氯化锡，加入到混合溶液中，常温下磁力搅拌10min；(3)将混合溶液倒入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，然后放到真空干燥箱里，在200℃下水热反应24h；(4)待反应釜的温度降到室温，通过离心收集产物，并用无水乙醇清洗；(5)在95℃下干燥10h后得到SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料。通过X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测定复合材料的成分结构，通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察复合材料的形貌特征，可见所得SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料是由SnO2和SiO2
组成的复合材料。SnO2包覆分散在SiO2表面，形成包覆形貌结构。实施例4将实施例1制备得到的SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料与乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1研磨混合30min，再按质量比混合物(负极材料+乙炔黑+PVDF)：N-甲基吡咯烷酮＝5：7的比例加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成浆料，混合均匀涂布在铜箔上，于90℃真空干燥12h后，辊压得到电极极片。将所制作的电极极片冲成的圆片，以金属锂片为对电极，Celgard2400聚丙烯微孔膜作隔膜，1mol/L LiPF6/DMC+EMC+EC(体积比为1：1：1)为电解液，在充满氩气的手套箱内装配成扣式电池。采用LAND电池测试系统(CT2001A)测试电池，充放电电压区间为0.005～3V。在100mA g-1的电流密度下，充放电首次放电比容量为53本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料，其特征在于：该负极材料是由SnO2和SiO2组成的复合材料；SnO2包覆分散在SiO2表面形成包覆形貌结构。

【技术特征摘要】
1.一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料，其特征在于：该负极材料是由SnO2和SiO2组成的复合材料；SnO2包覆分散在SiO2表面形成包覆形貌结构。2.根据权利要求1所述的一种SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：(1)按照每0.69g的SiO2粉末加入1L无水乙醇的比例，量取无水乙醇，再把SiO2粉末分散在无水乙醇中，超声分散30～90min，得到混合溶液；(2)再称取五水四氯化锡，加入到混合溶液中，常温下磁力搅拌5～15min；所述五水四氯化锡的质量是SiO2粉末的8倍；(3)将混合溶液倒入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，然后放到真空干燥箱里，在160～200℃下水热反应12～24...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海燕，许兴发，陈易明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44