一种锡碳负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锡碳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；本发明专利技术将腐植酸用于负极材料碳包覆剂，负极材料Sn/C比容量高，循环性能和倍率性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种锡碳负极材料的制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种锡碳负极材料的制备方法。
技术介绍
现代工业的飞速发展，人类对于能源的需求日益增大。目前世界所利用能源的85％来自于化石原料(煤、石油、天然气等)，这些原料是不可再生的，其造成的环境污染也在不断加剧。因此，绿色能源及其材料的研制开发，对于实现二十一世纪可持续发展战略，缓解能源危机和减轻环境污染压力都具有非常重要的意义。锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以，锂电池长期没有得到应用，随着技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可以分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料。然而，石墨的理论嵌锂最大容量仅为372mAh/g，且首次不可逆损失大、倍率放电性能差，另外，在锂离子嵌入时，电解液的部分溶剂也会跟随嵌入，容易发生结构的变化。显然不能满足车用锂离子电池大功率、高容量的要求。因此，在锂电池领域，目前急需负极材料的更新换代。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锡碳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；本专利技术将腐植酸用于负极材料碳包覆剂，负极材料Sn/C比容量高，循环性能和倍率性能优良。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锡碳负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备纳米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，得到纳米氧化锡；（2）将市售固体腐植酸加入1-1.5mol/L的氢氧化钾溶液，腐植酸与氢氧化钾溶液的质量比为1：（3-5），60-65℃搅拌20-40min，离心分离，取上清液并调至pH=2-3，静置12-14h，沉淀物经干燥，即得精制后的腐植酸；（3）将精制后的腐植酸加入1-1.5mol/L的氢氧化钾溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解；再加入上述纳米氧化锡，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在950-1000℃、氩气氛围中煅烧2-4h，离心、洗涤、干燥，即得锡碳负极材料。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，精制后的腐植酸在氢氧化钾溶液中的浓度为14-15g/L，精制后的腐植酸与所述纳米氧化锡的质量比为（6-7）：（3.5-4）。本专利技术具有如下优点和显著效果：（1）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）本专利技术将腐植酸用于负极材料碳包覆剂，负极材料Sn/C比容量高，循环性能和倍率性能优良。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，得到纳米氧化锡。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。将市售固体腐植酸加入1mol/L的氢氧化钾溶液，腐植酸与氢氧化钾溶液的质量比为1：3，60℃搅拌20min，离心分离，取上清液并调至pH=2，静置12h，沉淀物经干燥，即得精制后的腐植酸。将精制后的腐植酸加入1mol/L的氢氧化钾溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解；再加入上述纳米氧化锡，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在950℃、氩气氛围中煅烧2h，离心、洗涤、干燥，即得锡碳负极材料。其中，精制后的腐植酸在氢氧化钾溶液中的浓度为14g/L，精制后的腐植酸与所述纳米氧化锡的质量比为6：3.5。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完全悬浮状态下表面快速氧化，反应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，得到纳米氧化锡。其中，所述高温高压均质机的压力设置为7MPa，在第一阶的反应时间为25s。将市售固体腐植酸加入1.5mol/L的氢氧化钾溶液，腐植酸与氢氧化钾溶液的质量比为1：5，65℃搅拌40min，离心分离，取上清液并调至pH=3，静置14h，沉淀物经干燥，即得精制后的腐植酸。将精制后的腐植酸加入1.5mol/L的氢氧化钾溶液中，加热、搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锡碳负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备纳米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，得到纳米氧化锡；（2）将市售固体腐植酸加入1‑1.5mol/L的氢氧化钾溶液，腐植酸与氢氧化钾溶液的质量比为1：（3‑5），60‑65℃搅拌20‑40min，离心分离，取上清液并调至pH=2‑3，静置12‑14h，沉淀物经干燥，即得精制后的腐植酸；（3）将精制后的腐植酸加入1‑1.5mol/L的氢氧化钾溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解；再加入上述纳米氧化锡，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在950‑1000℃、氩气氛围中煅烧2‑4h，离心、洗涤、干燥，即得锡碳负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种锡碳负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备纳米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...

【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