一种复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合电极材料及其制备方法和应用，该复合电极材料包括：二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。本发明专利技术提供的复合电极材料以二氧化锡为主体原料，在二氧化锡中添加磷复合为电极材料，磷的加入可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及Li

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池制造
，具体涉及一种复合电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为一种化学能与电能相互转化的设备，因为它的超高能量密度，工作电压高，环境污染小等优点已被广泛应用。目前商用碳负极材料存在的最大问题在于其理论比容量低，即使采用各种改性方法，如掺杂处理、表面包覆等，还是难以满足其在高能量密度储能系统如动力电池方面的需求。所以寻找具有更高能量密度的新型负极材料来取代当前主流的石墨负极是提升锂离子电池性能具有重要意义。适宜的嵌锂电位对于锂离子电池负极材料有着重要意义。嵌锂电位过低，如硅、石墨等负极材料，嵌锂电位接近析锂电位，容易在循环过程中引发锂枝晶，使电池存在安全隐患。嵌锂电位过高，如金属氧化物负极，与正极匹配时所得到的电势差较低，导致电池的输出电压不足以及能量密度较低。因此采取合适的方法对负极材料进行嵌锂电位调控能使材料具有更好的应用价值。对纯二氧化锡负极的研究发现，二氧化锡负极转化反应部分的电压平台较高，与正极配合时形成的电势差较低，导致不足的输出电压以及较低的能量密度，难以满足器件的工作电压要求，因此该部分的容量除非与超高压的正极材料配合，否则难以得到有效利用。为了使二氧化锡负极的比容量能在全电池中尽可能多的发挥，需要对二氧化锡材料的嵌锂电压进行调控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合电极材料及其制备方法和应用，通过在二氧化锡中添加磷，加入的磷可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及LixSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变了二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低了二氧化锡的充电电压平台，同时提高了材料的循环稳定性。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种复合电极材料，所述复合电极材料包括二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。本专利技术提供的复合电极材料，以二氧化锡为主体原料，二氧化锡具有来源丰富、价格低廉、无毒无害、比容量高(1494mAh/g)、适中的嵌锂电位等优点。在二氧化锡中添加磷，磷具有良好的导电性以及与石墨类似的层状结构，并且磷的嵌锂电位适中(～0.7V)，与二氧化锡的嵌锂电位相近，磷的加入可以与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及LixSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变了二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低了二氧化锡的充电电压平台，同时提高了材料的循环稳定性。本专利技术提供的二氧化锡-磷复合电极材料在循环100～200次后容量保持率为80～90％，且与纯二氧化锡电极材料相比，充电电压平台降低了约0.5V，首次库伦效率提高了15％～19％，可见通过添加磷可以有效调控复合电极材料的充电电压和并明显提高首次库伦效率。第二方面，本专利技术提供了一种复合电极材料的制备方法，包括：准备复合电极材料的原料物质和助磨剂，所述原料物质至少包括二氧化锡和磷；将所述原料物质和助磨剂进行球磨，得到复合电极材料。本专利技术提供的复合电极材料的制备方法中通过添加助磨剂可以有效减小二氧化锡的团聚效应，缓解二氧化锡的体积效应，保障了制备出的复合电极材料良好的循环稳定性。在对原料物质和助磨剂球磨的过程中，磨球和球磨罐对原料物质的机械应力作用，能有效细化颗粒，以达到纳米级的尺寸，电极材料的纳米化可以减小电极材料在脱/嵌锂反应中的绝对体积变化，并缩短锂离子的扩散距离，改善其动力学。通过球磨法制备出的复合电材料可以得到较为细小的颗粒，同时能使粒子的晶格中产生各种缺陷，如错位、原子空位和晶格畸变等，这些缺陷能极大地提高锂离子的迁移速率。并且通过球磨得到的复合电极材料为均匀复合的颗粒状电极材料，利于电极材料在脱嵌锂过程中磷与二氧化锡转化反应生成的锡产生化合，以SnP以及LixSnP合金的形式进行脱嵌锂，改变二氧化锡脱嵌锂的反应路径，从而降低二氧化锡的充电电压平台。第三方面，本专利技术提供如第一方面所述复合电极材料在电池、超级电容器中的应用，将第一方面所述的复合电极材料进行了电池组装和测试，实现了该复合电极材料长时间的充放电循环。本专利技术提供的复合电极材料的充电电压平台较纯二氧化锡电极材料降低了约0.5V，首次库伦效率提高了15％～19％，且装配的全电池40个循环后保持了约95％的容量，循环稳定性能优异。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的SnO2-P复合电极材料的X射线衍射谱图；图2为本专利技术实施例1制备的SnO2-P(7:1)复合电极材料的首次充放电曲线图；图3为本专利技术实施例1制备的SnO2-P(7:3)复合电极材料和对比例制备的纯SnO2电极材料分别对应的首次充放电曲线图；图4为本专利技术实施例2制备的SnO2-Co-P复合电极材料的首次充放电曲线图；图5为本专利技术实施例2制备的SnO2-Co-P复合电极材料的循环-容量性能曲线图；图6为本专利技术实施例1制备的SnO2-P(7:3)复合电极材料和实施例2制备的SnO2-Co-P复合电极材料分别对应的首次充电至3V的电极片的X射线衍射谱图；图7为本专利技术实施例3制备的SnO2-Co-P-C(7:3:1:4-10h)复合电极材料的循环-容量性能曲线图；图8为本专利技术实施例3制备的SnO2-Co-P-C-10h和SnO2-Co-P-C-20h复合电极材料的循环-容量性能曲线对比图；图9为本专利技术实施例4制备的SnO2-Co-P-BZ复合电极材料的X射线衍射谱图；图10为本专利技术实施例4制备的不同磷含量SnO2-Co-P-BZ复合电极材料的首次充放电曲线图；图11为本专利技术实施例4制备的SnO2-Co-3P-BZ复合电极材料的不同循环的充放电曲线图；图12为本专利技术实施例5制备的SnO2-Co-P-CG复合电极材料、实施例6制备的SnO2-Co-P-NG复合电极材料和实施例7制备的SnO2-Co-P-EG复合电极材料的循环-容量性能曲线对比图；图13为本专利技术实施例8制备的SnO2-Co-P-EG：CG＝1:1复合电极材料的循环-容量性能曲线图；图14为本专利技术实施例8制备的SnO2-Co-P-EG：CG半电池和实施例9制备的LiFePO4||SnO2-Co-P-EG：CG全电池的循环-容量性能曲线对比图；图15为本专利技术实施例9制备的LFP||SnO2-Co-P-EG：CG全电池选定循环的充放电曲线；图16为本专利技术实施例1制备的SnO2-P(7:3)复合电极材料和对比例制备的纯SnO2电极材料首次循环对应的容量-微分曲线；图17为本专利技术实施例1制备的SnO2-P(7:3)复合电极材料和对比例制备的纯SnO2电极材料首次循环对应的循环-容量性能曲线对比图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。...

【技术保护点】
1.一种复合电极材料，其特征在于，所述复合电极材料包括：/n二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合电极材料，其特征在于，所述复合电极材料包括：
二氧化锡和磷，所述磷与所述二氧化锡转化反应生成的锡产生化合。


2.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，
所述磷的质量与所述复合电极材料总质量的百分比为10％～30％。


3.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，
所述复合电极材料还包括钴；
和/或，所述复合电极材料还包括碳材料。


4.根据权利要求3所述的复合电极材料，其特征在于，
当所述复合电极材料包括钴时，所述钴的质量与所述复合电极材料总质量的百分比为5％～15％。


5.根据权利要求3所述的复合电极材料，其特征在于，
当所述复合电极材料包括碳材料时，所述碳材料的质量与所述复合电极材料总质量的百分比为20％～30％。


6.根据权利要求3所述的复合电极材料，其特征在于，
当所述复合电极材料包括二氧化锡、磷、钴、碳材料时，所述二氧化锡、磷、钴、碳材料的质量比为二氧化锡50％～70％，磷10％～30％，钴5％～15％，碳材料20％～30％。


7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡仁宗，文刚，兰雪侠，熊兴宇，朱敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44