一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其方法包括将一定量的硒粉和锡粉加入到高温反应釜中，然后加入一定量的溶剂Ⅰ，超声并搅拌，将铜粉和石墨烯加入到烧杯中，然后加入一定量的溶剂Ⅱ，在室温下超声搅拌，将高压反应釜放入烘箱中，在一定温度下下反应一段时间，用去离子水和无水乙醇溶液洗涤，最后在85℃干燥10h，得到所需负极材料。该负极材料通过充放电循环测试，在循环100次后放电比容量仍能达到264mAh g

【技术实现步骤摘要】
一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于锂离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，随着当今社会的工业化程度不断加快以及人口数量的不断上升，石油、天然气等化石能源消耗量的不断增长，大量使用化石能源会导致生态环境不断恶化。因此。为了全球的可持续发展，开发一种清洁高效、低成本且可有效替代传统化石能源的资源迫在眉睫。备受关注的太阳能、风能、潮汐能等新能源，具有绿色清洁、环境友好、可循环再生等优点。但是，这些新能源在实际使用过程中智能间歇性提供能量而无法提供持续且稳定的能量供给，而且他们普遍具有较低的能量利用率，因此这些备受关注的新能源一直无法像化石能源一样得到在全球范围内的广泛使用。基于以上形势，人们一直致力于先进储能技术的发展，试图使用先进的储能技术来解决一直以来困扰人们的能源危机问题。锂离子电池(lithiumionbattery)是以Li+的可嵌入化合物为正负极的二次电池，正负极是由两种不同种类的Li+嵌入化合物组成，所以锂离子电池实际上是一个锂离子的浓差电池。与其他蓄电池相比，锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，开路电压高、没有记忆效应、自放电效率低且环境友好等非常突出的优点。因此，锂离子电池在当今社会具有广泛的实际应用。锂离子电池负极材料主要有碳材料、氧化物负极材料、金属合金类负极材料。金属锡可以和锂发生合金化反应，形成多种含锂量不同的金属间化合物LixSn。因此锡是一种可开发的锂离子电池处理材料并具有较大的应用前景。根据嵌锂量的不同，将通过合金反应后形成的锡锂合金分为三种类型：贫锂向(x<2.33)、中等嵌锂相(2.33<x<3.5)和富锂相(3.5<x<4.4)三种类型。尽管金属锡作为锂离子电池负极材料具有非常高的容量特征，但作为锂离子电池储锂电极，仍存在许多问题。例如在充放电循环测试过程中，锡的首次不可逆容量损失非常严重，在随后的循环过程中，其容量衰减也非常迅速。当锂嵌入到金属锡内部即发生氧化还原过程中锡会发生非常严重的体积膨胀效应，膨胀率高达300％。所以锡仍处在循环测试过程中就会发生碎裂粉化，从而使得电极系统结构遭到严重破坏，系统中的活性物质与集流体的接触效应变差，最终整个活性材料处于失效状态，失效的活性物质无法继续提供容量，锂离子电池的容量就会严重衰减。因此，单质锡用作锂离子电池储锂电极的循环稳定性能极差。在这其中，很多原因可以造成金属锡非常严重的不可逆容量损失。首先贫锂相具有较高的形成能，在首次循环充放电测试过程中难以将嵌入的锂脱出，这就导致了首次循环不可逆的产生。其次，在持续的循环过程中，锡和锂通过合金化反应形成的锡锂合金的导电差，电极体系的内阻会随之增大，导致不完全脱离现象的产生，从而一部分电极活性物质会损失掉，产生不可逆容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其制备方法包括以下操作步骤：S1：将硒粉和锡粉加入到高温反应釜中，其中加入硒粉与锡粉的摩尔比例为1:0.45～0.6，然后加入溶剂Ⅰ，超声并搅拌，使其充分分散。S2：将铜粉和石墨烯加入到烧杯中，然后加入溶剂Ⅱ，在室温下超声搅拌，使其充分分散，其中加入的铜粉和石墨烯与步骤S1中锡粉成比例，其锡粉与加入铜粉和石墨烯的摩尔比例为1:0.32～0.45：0.08～0.15。S3：将步骤S2中的溶液加入到步骤S1中的溶液中，然后再次进行超声搅拌15min，将高压反应釜放入烘箱中，在185～240℃下反应26h，然后取出待晾至室温过滤，用去离子水和无水乙醇溶液洗涤，最后在85℃干燥10h，得到所需负极材料。作为优选方案，上述步骤S1中所述溶剂Ⅰ为去离子水或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种的组合。作为更优选方案，上述步骤S1中所述溶剂Ⅰ去离子水或N-甲基吡咯烷酮组合的体积比为1:1.5～3。作为优选方案，上述步骤S1中所述的硒粉和锡粉为二氧化硒和二氯化锡。作为优选方案，上述步骤S1中所述的硒粉与锡粉的摩尔比例为1:0.45～0.55。作为优选方案，上述步骤S2中所述的铜粉为硝酸铜、氯化铜和硫酸铜中的任意一种。作为优选方案，上述步骤S2中所述的溶剂Ⅱ为去离子水或无水乙醇中的任意一种。作为优选方案，上述步骤S2中所述的锡粉与加入铜粉和石墨烯的摩尔比例为1:0.32～0.41：0.08～0.13。作为优选方案，上述步骤S3中所述的反应温度为185～220℃。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术所制备的锡基负极材料采用一步水热合成法合成，其合成方法有效且简便，有利于实现大规模的工业化生产。(2)传统的锡基锂离子电池负极材料具有不可逆容量大、库伦效率低、在合金化/脱合金反应过程中会发生严重的体积膨胀效应，在本专利技术中采用石墨烯掺杂改性锡基负极材料，有效抑制了锡基负极材料由体积膨胀引起的粉化，进而改善了其电化学性能。(3)本专利技术制备的锡基锂离子电池负极材料，在制备过程中掺入铜和硒元素，Li+的嵌入电位在两种物质不同，缓冲了锡基负极材料的体积变化，有效地减轻了循环测试过程中由于体积变化引起锡基负极材料的可你容量损失。(4)本专利技术制备的锡基锂离子电池负极材料，在制备过程中掺入一定量的铜元素和硒元素，提高了负极材料的电导率，并且降低了电荷转移电阻，从而确保了循环测试过程中与Li+相互作用是具有更高的反应动力学，进一步能够确保Li+可轻松通过电解质进入纳米复合材料与阳极材料发生相互作用。(5)在本专利技术中我们使用石墨烯掺杂锡基负极材料，由于石墨烯具有独特的单原子层结构和高电子迁移率的开放表面积，在本专利技术复合材料中，可以形成石墨烯与锡基纳米材料之间的化学藕合键，防止了在锂化过程中生成的锡原子发生团聚影响负极材料的体积变化。(6)本专利技术制备的锡基锂离子电池负极材料，采用铜、硒元素和石墨烯纳米材料共掺杂，石墨烯纳米材料与锡基纳米材料相互缠绕重叠形成一种富孔结构，使得Li+嵌入/脱出更加方便，在循环充放电过程中Li+与铜元素能更加容易发生相互作用，提高了反应动力学，在100次循环测试后，其放电比容量仍能达到264mAhg-1。附图说明图1为本专利技术实施例所制备锡基锂离子电池负极材料的SEM图谱；图2为本专利技术实施例所制备锡基锂离子电池负极材料的XRD图谱；图3为本专利技术实施例1所制备锡基锂离子电池负极材料的循环伏安曲线图；图4为本专利技术实施例1所制备锡基锂离子电池负极材料的50～100次充放电循环曲线图；具体实施方式下面对本专利技术实施例作具体详细的说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下属的实施例。实施例1一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下操作步骤：S1：将二氧化硒和二氯化锡加入到高温反应釜中，其中加入二氧化硒和二氯化锡的摩尔比例为1:0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/nS1：将硒粉和锡粉加入到高温反应釜中，其中加入硒粉与锡粉的摩尔比例为1:0.45～0.6，然后加入溶剂Ⅰ，超声并搅拌，使其充分分散；/nS2：将铜粉和石墨烯加入到烧杯中，然后加入溶剂Ⅱ，在室温下超声搅拌，使其充分分散，其中加入的铜粉和石墨烯与步骤S1中锡粉成比例，其锡粉与加入铜粉和石墨烯的摩尔比例为1:0.32～0.45：0.08～0.15；/nS3：将步骤S2中的溶液加入到步骤S1中的溶液中，然后再次进行超声搅拌15min，将高压反应釜放入烘箱中，在185～240℃下反应26h，然后取出待晾至室温过滤，用去离子水和无水乙醇溶液洗涤，最后在85℃干燥10h，得到所需负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将硒粉和锡粉加入到高温反应釜中，其中加入硒粉与锡粉的摩尔比例为1:0.45～0.6，然后加入溶剂Ⅰ，超声并搅拌，使其充分分散；
S2：将铜粉和石墨烯加入到烧杯中，然后加入溶剂Ⅱ，在室温下超声搅拌，使其充分分散，其中加入的铜粉和石墨烯与步骤S1中锡粉成比例，其锡粉与加入铜粉和石墨烯的摩尔比例为1:0.32～0.45：0.08～0.15；
S3：将步骤S2中的溶液加入到步骤S1中的溶液中，然后再次进行超声搅拌15min，将高压反应釜放入烘箱中，在185～240℃下反应26h，然后取出待晾至室温过滤，用去离子水和无水乙醇溶液洗涤，最后在85℃干燥10h，得到所需负极材料。


2.根据权利要求1或2所述的一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述溶剂Ⅰ为去离子水或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种的组合。


3.根据权利要求1所述的一种锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述溶剂Ⅰ去离子水或N-甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兆佳，李伟翔，
申请(专利权)人：陈兆佳，
类型：发明
国别省市：上海;31