一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法，所述方法采用的氧化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制氧化锡的体积膨胀收缩，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度；本发明专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与氧化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了氧化锡的粉化团聚。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，国内新能源汽车行业发展迅速，电池种类丰富多样，市场对电池的需求和要求逐渐增加。其最关心的关键指标主要集中在五大方面：安全稳定性能、循环寿命、耐宽温性、充电速度和能量密度。当今，锂离子电池在社会发展中的作用越来越高。因此，开发高性能、绿色环保的电极材料成为锂离子电池的研究热点。目前锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，但碳材料存在以下不足：（1）首次放电过程中生成SEI膜，造成不可逆容量损失，甚至引起碳电极内部结构变化和接触不良；（2）高温时因为保护层的分解，导致电池失效或引起安全性事故；（3）单位体积容量相对较低。由于金属、金属氧化物及其复合材料具有高的比容量，因此它们成为锂离子电池负极材料的替代品，具有较大的发展潜力。已有研究表明，纳米过度金属氧化具有较高的理论比容量，而且容量保持率高，如硅、钛、锡等的氧化物成为研究的热点。但这类过渡金属氧化物材料在锂离子嵌入和脱出的过程中会有较大的体积膨胀和收缩变化，从而导致电极材料的粉化，进而与集流体失去电接触，极大的影响了此类材料的循环性能以及应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法，所述方法采用的氧化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制氧化锡的体积膨胀收缩，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度；本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与氧化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了氧化锡的粉化团聚。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔氧化锡材料将粉末状的氯化钾与锡粉以质量比10：（150-200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为240-250℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的锡中形成掺杂锡；将到的掺杂锡趁热送入高温高压均质机，设置温度为350-360℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向为纳米级别的纳米线；将得到的纳米线送入二阶式流化床，设置第一阶流化床温度在170-200℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下表面快速氧化，反应20-40s，形成表面氧化的纳米线；然后进入第二阶流化床，设置第二阶流化床温度在820-840℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下快速氧化，在此条件下掺杂于锡的氯化钾晶粒熔融形成晶粒缺陷孔，同时锡被氧化，从而使得氧化锡纳米线布满均匀的贯通孔；将得到的物料用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔氧化锡；（2）制备氧化硅包覆氧化锡前驱体将60重量份的多孔氧化锡分散在150-180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10-60min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2-0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8-14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆氧化锡前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆氧化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1-2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20-30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆氧化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3-0.35重量份吡咯单体，超声45-50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20-25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4-12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃-8℃/min的升温速率升温至570℃-630℃，退火1-3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆氧化锡负极材料。优选的，所述高温高压均质机的压力设置为4-7MPa，在第一阶的反应时间为20-25s。优选的，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。本专利技术具有如下优点和显著效果：（1）述方法采用的氧化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制氧化锡的体积膨胀收缩，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度；（2）本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与氧化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了氧化锡的粉化团聚。具体实施方式实施例一将粉末状的氯化钾与锡粉以质量比10：150混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为240℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的锡中形成掺杂锡。将到的掺杂锡趁热送入高温高压均质机，设置温度为350℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向为纳米级别的纳米线。将得到的纳米线送入二阶式流化床，设置第一阶流化床温度在170℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下表面快速氧化，反应20s，形成表面氧化的纳米线；然后进入第二阶流化床，设置第二阶流化床温度在820℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下快速氧化，在此条件下掺杂于锡的氯化钾晶粒熔融形成晶粒缺陷孔，同时锡被氧化，从而使得氧化锡纳米线布满均匀的贯通孔。将得到的物料用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔氧化锡。其中，所述高温高压均质机的压力设置为4MPa，在第一阶的反应时间为20s。将60重量份的多孔氧化锡分散在150重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆氧化锡前驱体。将获得的氧化硅包覆氧化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1重量份的高分子表面活性剂，搅拌20h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆氧化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3重量份吡咯单体，超声45min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4h，离心、洗涤、干燥；将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃/min的升温速率升温至570℃，退火1h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆氧化锡负极材料。其中，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。实施例二将粉末状的氯化钾与锡粉以质量比10：200混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为250℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的锡中形成掺杂锡。将到的掺杂锡趁热送入高温高压均质机，设置温度为360℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向为纳米级别的纳米线。将得到的纳米线送入二阶式流化床，设置第一阶流化床温度在200℃之间，通过充足的空气使纳米线在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔氧化锡材料将粉末状的氯化钾与锡粉以质量比10：（150‑200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为240‑250℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的锡中形成掺杂锡；将到的掺杂锡趁热送入高温高压均质机，设置温度为350‑360℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向为纳米级别的纳米线；将得到的纳米线送入二阶式流化床，设置第一阶流化床温度在170‑200℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下表面快速氧化，反应20‑40s，形成表面氧化的纳米线；然后进入第二阶流化床，设置第二阶流化床温度在820‑840℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下快速氧化，在此条件下掺杂于锡的氯化钾晶粒熔融形成晶粒缺陷孔，同时锡被氧化，从而使得氧化锡纳米线布满均匀的贯通孔；将得到的物料用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔氧化锡；（2）制备氧化硅包覆氧化锡前驱体将60重量份的多孔氧化锡分散在150‑180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10‑60min，然后在搅拌条件下加入2‑4重量份氨水和0.2‑0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8‑14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆氧化锡前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆氧化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1‑2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20‑30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆氧化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3‑0.35重量份吡咯单体，超声45‑50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20‑25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4‑12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃‑8℃/min的升温速率升温至570℃‑630℃，退火1‑3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆氧化锡负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用碳包覆氧化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔氧化锡材料将粉末状的氯化钾与锡粉以质量比10：（150-200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为240-250℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的锡中形成掺杂锡；将到的掺杂锡趁热送入高温高压均质机，设置温度为350-360℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向为纳米级别的纳米线；将得到的纳米线送入二阶式流化床，设置第一阶流化床温度在170-200℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下表面快速氧化，反应20-40s，形成表面氧化的纳米线；然后进入第二阶流化床，设置第二阶流化床温度在820-840℃之间，通过充足的空气使纳米线在完全悬浮状态下快速氧化，在此条件下掺杂于锡的氯化钾晶粒熔融形成晶粒缺陷孔，同时锡被氧化，从而使得氧化锡纳米线布满均匀的贯通孔；将得到的物料用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔氧化锡；（2）制备氧化硅包覆氧化锡前驱体将60重量份的多孔氧化锡分散在150-180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州思创源博电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32