一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，提出了一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将结晶四氯化锡、硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼加入碱性去离子水溶液中得到反应液，将该反应液在惰性气体保护下加热反应后离心洗涤，得到氧化羟基锡酸铁纳米颗粒；S2.将步骤S1得到的氧化羟基锡酸铁纳米颗粒和碳源、三(羟甲基)氨基甲烷加入水中，混合均匀后离心，洗涤，干燥，得到碳源包覆氧化羟基锡酸铁；S3.将步骤S2得到的碳源包覆氧化羟基锡酸铁在500～750℃、氢气氛围下煅烧2～6h，得到碳包覆锡及锡铁合金颗粒锂离子电池负极材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中碳包覆锡及锡铁合金纳米复合材料的制备方法制备周期长、工艺复杂的问题。

A preparation method of carbon coated tin and tin iron alloy anode materials for lithium ion batteries

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于电极材料
，涉及一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展以及人民物质文化生活水平的提高，人们对能量储存装置需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高。特别是随着空间技术的发展和军事装备的需求，信息和微电子工业的迅猛发展所带来的大量工业用、民用、医用便携式电子产品的问世，新能源电动汽车的研制和推广，以及环境保护意识的增强，人们对体积小，重量轻，高能量，安全可靠，无污染，可反复充电使用的电池的需求更加迫切。锂离子电池以其高的能量密度、工作电压(3V)、无记忆效应，循环寿命长、无污染、重量轻、自放电小等优点受到人们的广泛关注。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、外壳组成，目前商业化的负极材料为石墨，但是其储锂容量仅仅372mAh/g，越来越难以满足人们的需要。寻求新的负极材料具有重要商用价值。传统碳包覆合金纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的制备方法主要有热解法、化学气相法、沉积法、激光烧烛法、溶剂热法、有机凝胶炭化法、电弧放电法，对其合成机理也有许多颇为深入的分析认识；大多是利用高温使碳蒸发后再沉积，也有的是通过有机物热解，或是通过有机物在液相中的长时间低温碳化制备。这些方法都存在一定问题，例如：装备有特殊要求，工艺较为复杂，整体反应时间长。而且一般都是通过上述工艺在已经制备好的纳米颗粒表面包覆一层碳材料，现有技术还无法做到一步反应制备形态与组织均匀的碳包覆纳米颗粒。综上所述，现有技术中碳包覆锡及锡铁合金纳米复合材料的制备方法制备周期长、工艺复杂等问题，仍缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提出一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，解决了现有技术中碳包覆锡及锡铁合金纳米复合材料的制备方法制备周期长、工艺复杂的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将结晶四氯化锡、硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼加入碱性去离子水溶液中得到反应液，将该反应液在惰性气体保护下加热反应后离心洗涤，得到氧化羟基锡酸铁纳米颗粒；S2.将步骤S1得到的氧化羟基锡酸铁纳米颗粒和碳源、三(羟甲基)氨基甲烷加入水中，混合均匀后离心，洗涤，干燥，得到碳源包覆氧化羟基锡酸铁；S3.将步骤S2得到的碳源包覆氧化羟基锡酸铁在500～750℃、氢气氛围下煅烧2～6h，得到碳包覆锡及锡铁合金颗粒锂离子电池负极材料。作为进一步的技术方案，步骤S1中碱性去离子水溶液中，碱性物质为强碱或弱碱，pH值为10～13。作为进一步的技术方案，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述弱碱为碳酸钠或氨水。作为进一步的技术方案，步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮、硫酸亚铁、结晶四氯化锡质量比为1：0.5～2：1～3，水合肼的体积占反应液总体积的0.05％～0.2％。作为进一步的技术方案，步骤S1的加热反应中，加热温度为20～80℃，反应时间为6～24h。作为进一步的技术方案，步骤S2中氧化羟基锡酸铁纳米颗粒、碳源、三(羟甲基)氨基甲烷的质量比为1～3：1：0.5～2。作为进一步的技术方案，步骤S2中碳源为盐酸多巴胺、葡萄糖、蔗糖、间苯二酚甲醛树脂中的一种或多种。作为进一步的技术方案，步骤S3中煅烧温度为600～700℃，煅烧时间为5～6h。根据上述的一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法得到的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料，所述碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的粒径为100～300nm。本专利技术的工作原理及有益效果为：1、本专利技术中，采用四氯化锡、硫酸亚铁作为主料制备碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料，原料来源广泛、价廉易得，同时，制备工艺简单，只需要三步反应就能得到目标产物，有效解决了现有技术中碳包覆锡及锡铁合金纳米复合材料的制备方法制备周期长、工艺复杂的问题。2、本专利技术中，将碳包覆锡及锡铁合金应用于锂离子电池负极材料，其相较于石墨作为负极比容量372mAh/g来说，具有较大的提高，且制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料粒径为100～300nm，在500mA/g电流密度下，充放电循环50次后的电池容量稳定在509mAh/g，且粒度分布均匀、循环稳定性好，适合作为锂离子电池负极材料推广使用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图2为本专利技术实施例2制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图3为本专利技术实施例3制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图4为本专利技术实施例4制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图5为本专利技术实施例5制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图6为本专利技术实施例6制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图7为本专利技术实施例7制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图8为本专利技术实施例1制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的X射线衍射图；图中：部位表示的是Sn的衍射峰，◆部位表示的是FeSn2的衍射峰，·部位表示的是FeO的衍射峰；图9为本专利技术实施例1制备的碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料在500mA/g电流密度下的循环稳定性测试图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.称取0.8g聚乙烯吡咯烷酮、1.3g结晶四氯化锡、0.56g氢氧化钠溶解于140ml去离子水，加入200ul水合肼，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液调节pH至12.5。将1.0g硫酸亚铁溶于60ml去离子水中后加入上述体系中，得到反应液，将反应液在惰性气体保护下水浴加热到35℃反应12h，离心，洗涤，烘干，得到氧化羟基锡酸铁纳米颗粒；S2.称取三(羟甲基)氨基甲烷0.36g溶于300ml去离子水中，再称取步骤S1得到的氧化羟基锡酸铁纳米颗粒0.3g、称取盐酸多巴胺0.27g分别加入该溶液中搅拌24h后离心，洗涤，干燥，得到碳源包覆氧化羟基锡酸铁；S3.将步骤S2得到的碳源包覆氧化羟基锡酸铁置于管式炉中，在650℃、氢气氛围下煅烧6h，得到碳包覆锡及锡铁合金颗粒锂离子电池负极材料。实施例2一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.称取0.7g聚乙烯吡咯烷酮、1.3g结晶四氯化锡、0.56g氢氧化钠溶解于140ml去离子水，加入200ul水合肼，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液调节pH至12.5。将1.0g硫酸亚铁溶于60ml去离子水中后加入上述体系中，得到反应液，将反应液在惰性气体保护下水浴加热到35℃反应12h，离心，洗涤，烘干，得到氧化羟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将结晶四氯化锡、硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼加入碱性去离子水溶液中得到反应液，将该反应液在惰性气体保护下加热反应后离心洗涤，得到氧化羟基锡酸铁纳米颗粒；S2.将步骤S1得到的氧化羟基锡酸铁纳米颗粒和碳源、三(羟甲基)氨基甲烷加入水中，混合均匀后离心，洗涤，干燥，得到碳源包覆氧化羟基锡酸铁；S3.将步骤S2得到的碳源包覆氧化羟基锡酸铁在500～750℃、氢气氛围下煅烧2～6h，得到碳包覆锡及锡铁合金颗粒锂离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将结晶四氯化锡、硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼加入碱性去离子水溶液中得到反应液，将该反应液在惰性气体保护下加热反应后离心洗涤，得到氧化羟基锡酸铁纳米颗粒；S2.将步骤S1得到的氧化羟基锡酸铁纳米颗粒和碳源、三(羟甲基)氨基甲烷加入水中，混合均匀后离心，洗涤，干燥，得到碳源包覆氧化羟基锡酸铁；S3.将步骤S2得到的碳源包覆氧化羟基锡酸铁在500～750℃、氢气氛围下煅烧2～6h，得到碳包覆锡及锡铁合金颗粒锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中碱性去离子水溶液中，碱性物质为强碱或弱碱，pH值为10～13。3.根据权利要求2所述的一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述弱碱为碳酸钠或氨水。4.根据权利要求1所述的一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮、硫酸亚铁、结晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，肖攀登，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11