一种锂离子电池用二氧化锡/铌掺杂碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的制备方法为，先将二氧化锡和铌粉混合球磨，再加入有机碳源继续球磨，即得到二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，工艺简单、可操作性强、成本低。且本发明专利技术的制备方法制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料还具有片状结构，二氧化锡掺杂铌均匀地分布在碳上，这种片状结构可以实现电极材料与电解液的充分接触，缩短电子或锂离子在其中的传输距离，缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀，从而避免结构的破坏，可以有效提高负极材料的循环稳定性；可以使材料具有较好的电池容量和倍率性能等电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用二氧化锡/铌掺杂碳复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种锂离子电池用二氧化锡/铌掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着二十一世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄影机、移动通讯中得到了普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始使用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。而负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池由于高的能量密度、快速充放电性能、良好的循环寿命、可靠的安全性等特性。锂离子电池主要由正负极材料、隔膜和电解液组成，其充放电过程依靠锂离子在正负极之间可逆的循环嵌入与脱嵌来实现。目前商业化的负极材料主要为碳素材料，如天然石墨、人造石墨、石墨化中间碳微球等，其循环性能较好，但由于理论容量比较低，无法满足高能量密度锂离子电池的要求。二氧化锡作为锂离子电池材料拥有比容量高、价格低廉和无毒的优点。但是，二氧化锡作为锂离子电池负极材料存在的最大的问题是在充放电的过程当中存在严重的体积膨胀效应，从而使得锂离子电池容量衰竭过快和循环性能差。因此，对二氧化锡负极材料进行改性是现在负极材料研究的热门方法。碳材料可以提高导电性及抑制二氧化锡的体积膨胀，但是利用常规的水热反应再进行煅烧后得到的二氧化锡/碳材料大多为颗粒状，将其作为锂离子电池负极材料时，在长期或高倍率循环下存在易粉碎的问题，影响材料的循环性能；对其形貌进行调控以解决其易粉碎的问题是可行的方向之一。因此，需要开发一种循环性能优异的二氧化锡类电极材料，具有重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术中锂离子电池负极材料循环性能差的缺陷，提供一种循环性能优异的二氧化锡类电极材料的制备方法。本专利技术的制备方法，通过二氧化锡和铌粉混合进行球磨，再加入有机碳源进行球磨即得到具有片状结构的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，工艺简单，可操作性强，成本低，适用于大规模工业生产。本专利技术的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料。本专利技术的另一目的在于提供所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料在制备锂离子电池中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将二氧化锡和铌粉混合后进行球磨；S2.加入有机碳源继续进行球磨即得所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料；其中，二氧化锡与铌粉的摩尔比为1：0.3～0.85。碳材料可以提高导电性及一定程度抑制二氧化锡的体积膨胀。本专利技术人创造性的发现，如将二氧化锡/碳复合材料制备成片状结构，用作锂离子电池的电极材料时，这种片状结构可以实现电极材料与电解液的充分接触，缩短电子或锂离子在其中的传输距离，缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀，从而避免结构的破坏，可以有效提高负极材料的循环稳定性，使材料具有较好的电池容量和倍率性能等电化学性能；而铌的掺入到二氧化锡中可以起到稳定二氧化锡结构的作用，使得二氧化锡掺杂铌均匀地分布在碳上。本专利技术的制备方法，通过特定的球磨工艺，先将二氧化锡和铌粉混合球磨，再加入有机碳源继续球磨，即得到具有片状结构的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，不仅工艺简单、可操作性强、成本低。并且得到的复合材料可以解决在长期或高倍率循环下易粉碎的问题进一步优选地，所述二氧化锡与铌粉的摩尔比为1：0.32。优选地，所述有机碳源为柠檬酸或葡萄糖中的一种或几种的组合。优选地，二氧化锡与有机碳源的摩尔比为1：1.5～4.5。优选地，步骤S1所述球磨的时间为25～35h。进一步优选地，步骤S1所述球磨的时间为30h。优选地，步骤S2所述球磨的时间为4～6h。进一步优选地，步骤S2所述球磨的时间为5h。本专利技术的球磨的方式为间歇式球磨。球磨为在球磨罐中加入玛瑙球进行球磨，为了避免球磨罐中温度过高，球磨设定优选为转半小时停半小时。由上述制备方法制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料。该二氧化锡/铌掺杂碳复合材料具有片状结构，二氧化锡掺杂铌均匀地分布在碳上。优选地，所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料中，二氧化锡的粒径为5～50nm。所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料在制备锂离子电池中的应用也在本专利技术的保护范围之内。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的制备方法工艺简单，可操作性强，成本低，适用于大规模工业生产。且本专利技术的制备方法制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料还具有片状结构，二氧化锡掺杂铌均匀地分布在碳上，这种片状结构可以实现电极材料与电解液的充分接触，缩短电子或锂离子在其中的传输距离，缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀，从而避免结构的破坏，可以有效提高负极材料的循环稳定性；可以使材料具有较好的电池容量和倍率性能等电化学性能。附图说明图1为实施例1制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的SEM图；图2为实施例1制备得到的二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的XRD图；图3为选用实施例1和对比例1、2制备得到的材料制备的锂离子电池在200mA/g电流密度下的循环性能和库伦效率图。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市购。实施例1本实施例提供一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，具体制备步骤如下：S1.将0.4g(46mol)二氧化锡、0.2g(10mol)铌粉放入球磨罐中进行30min断续球磨30h后，得到二氧化锡/铌复合材料；S2.继续向S1得到的二氧化锡/铌复合材料中加入2g(167mol)柠檬酸继续球磨，持续球磨5h，得到二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，记为SnO2@Nb@C。实施例2本实施例提供一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，具体制备步骤如下：S1.将1g(50mol)二氧化锡、0.2g(10mol)铌粉放入球磨罐中进行30min断续球磨30h后，得到二氧化锡/铌复合材料；S2.继续向S1得到的二氧化锡/铌复合材料中加入2g(181mol)柠檬酸继续球磨，持续球磨5h，得到二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，记为SnO2@Nb@C。实施例3本实施例提供一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料，具体制备步骤如下：S1.将0.4g(46mol)二氧化锡、0.2g(10mol)铌粉放入球磨罐中进行30min断续球磨30h后，得到二氧化锡/铌复合材料；S2.继续向S1得到的二氧化锡/铌复合材料中加入2g(167mol)葡萄糖继续球磨，持续球磨5h，得到二氧化锡/铌掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.将二氧化锡和铌粉混合后进行球磨；/nS2.加入有机碳源继续进行球磨即得所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料；/n其中，二氧化锡与铌粉的摩尔比为1:0.3～0.85。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将二氧化锡和铌粉混合后进行球磨；
S2.加入有机碳源继续进行球磨即得所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料；
其中，二氧化锡与铌粉的摩尔比为1:0.3～0.85。


2.根据权利要求1所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，二氧化锡与铌粉的摩尔比为1:0.32。


3.根据权利要求1所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机碳源为柠檬酸或葡萄糖中的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，二氧化锡与有机碳源的摩尔比为1：1.5～4.5。


5.根据权利要求1所述二氧化锡/铌掺杂碳复合材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：何苗，白晨，冯叶锋，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44