一种电池负极材料及其制备方法、电池负极、锂离子电池技术

为克服现有锂离子负极存在稳定性和循环性能差的问题，本发明专利技术提供了一种电池负极材料，包括多孔碳载体、锡硫化合物和包覆碳层，所述锡硫化合物负载于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部以形成复合材料，所述包覆碳层包覆于所述复合材料外部。同时，本发明专利技术还公开了上述电池负极材料的制备方法以及包括上述电池负极材料的电池负极和锂离子电池。本发明专利技术提供的电池负极材料能够有效提升电池负极的循环性能，提高电池负极材料的整体导电性，同时有效缓解硫化锡化合物充放电过程中的体积膨胀导致的容量衰减过快的问题。致的容量衰减过快的问题。致的容量衰减过快的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电池负极材料及其制备方法、电池负极、锂离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种电池负极材料及其制备方法、电池负极、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂电池现已广泛应用到人们生活的方方面面，其能量密度对于用户体验的影响越来越大，因而发展高能量密度的锂电池是必然趋势。锂离子电池中负极一般为石墨，其理论克容量为372mAh/g，对锂电池未来的发展有一定的限制。金属硫化物如二硫化锡由于其理论克容量高于传统石墨负极的两倍受到研究者的关注，然而其在充放电过程中巨大的体积膨胀严重影响了极片的完整性，导致循环性能较差，影响了其未来的应用。目前一般采用碳材为基底，负载硫化锡，如氧化石墨烯及碳管等，然而由于其作用有限，只能解决部分问题。例如采用氧化石墨烯为载体合成的主体物质二硫化锡颗粒较大，不利于该负极稳定性的提升，在充放电的过程中，二硫化锡颗粒的巨大体积膨胀会造成极片粉化，影响循环性能，同时导电性也较差。

技术实现思路

[0003]针对现有锂离子负极存在稳定性和循环性能差的问题，本专利技术提供了一种电池负极材料及其制备方法、电池负极、锂离子电池。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0005]提供一种电池负极材料，包括多孔碳载体、锡硫化合物和包覆碳层，所述锡硫化合物负载于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部以形成复合材料，所述包覆碳层包覆于所述复合材料外部。
[0006]可选的，所述多孔碳载体为多级孔石墨化碳材料。
[0007]可选的，所述锡硫化合物选自二硫化锡和/或硫化亚锡。
[0008]可选的，所述多孔碳载体的比表面积为375～2400m2/g，孔体积为0.53～2.24cm3/g。
[0009]可选的，所述多孔碳载体为颗粒状，所述多孔碳载体的粒径为0.5um～10um。
[0010]可选的，所述多孔碳载体包括孔径小于2nm的微孔，孔径2～50nm的介孔和孔径50～100nm的大孔。
[0011]可选的，所述锡硫化合物以纳米颗粒和/或纳米棒的形式成型于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部，所述锡硫化合物的粒径为2～50nm所述锡硫化合物纳米颗粒的粒径为2～50nm，所述锡硫化合物纳米棒的内径为2～100nm,长度为50～500nm。
[0012]可选的，所述包覆碳层的厚度为2～50nm。
[0013]另一方面，本专利技术提供了如上所述的电池负极材料的制备方法，包括以下操作步骤：
[0014]将多孔碳载体在溶剂中分散，加入锡源和硫源，水热条件下反应，在多孔碳载体的
表面和孔洞内部生成锡硫化合物；
[0015]将负载有锡硫化合物的多孔碳载体与有机聚合物进行混合，放入保护性气氛中加热，使有机聚合物碳化。
[0016]可选的，所述多孔碳载体由以下方法制备得到：
[0017]将大网格树脂与金属离子盐溶液混合，搅拌干燥得到吸附金属离子的树脂；
[0018]将吸附金属离子的树脂进行粉碎，加入过渡性模腔填充剂，混合均匀；
[0019]将混合物加入扩孔剂溶液中，搅拌后干燥；
[0020]得到的产物于保护性气氛中热处理；
[0021]热处理后的产物进行酸洗、过滤、干燥后得到多孔碳载体。
[0022]可选的，所述溶剂为乙二醇、去离子水和乙醇中的至少一种，所述锡源选自氯化亚锡，氯化锡、二丁基锡和辛酸亚锡中的至少一种，所述硫源选自硫脲、硫化氢、硫醚、硫醇和硫酚中的至少一种。
[0023]可选的，水热条件下反应，在多孔碳载体的表面和孔洞内部生成二硫化锡；
[0024]在碳化处理的过程中，控制温度以使二硫化锡全部或部分分解转化为硫化亚锡。
[0025]可选的，多孔碳载体、锡源和硫源的质量比为5～20：10～30：50～85，水热反应的反应条件为：80～150℃下保持2～12h，再将温度升高至180～220℃保持2～12h，再进行水洗，干燥得到负载有锡硫化合物的多孔碳载体。
[0026]可选的，所述“将负载有锡硫化合物的多孔碳载体与有机聚合物进行混合”的操作中，将有机聚合物溶解于有机溶剂中，加入负载有锡硫化合物的多孔碳载体进行混合，负载有锡硫化合物的多孔碳载体、有机聚合物的质量比为50～90：10～50，制备成负极浆料，将负极浆料烘干。
[0027]可选的，所述有机聚合物选自聚丙烯腈。
[0028]可选的，所述“保护性气氛中加热”操作的温度为300～500℃，保温时间为10min～3h。
[0029]另一方面，本专利技术提供了一种电池负极，包括集流体以及如上所述的电池负极材料，所述电池负极材料涂覆于所述集流体的表面。
[0030]另一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括电池正极、隔膜、电解液以及如上所述的电池负极，所述电池正极、所述隔膜和所述电池负极浸润于所述电解液中，所述隔膜位于所述电池正极和所述电池负极之间。
[0031]根据本专利技术提供的电池负极材料，将锡硫化合物负载于多孔碳载体的表面和孔洞内部形成复合材料，该多孔碳载体丰富的孔结构有助于提高锡硫化合物的均匀负载，不易团聚，同时起到了限制锡硫化合物粒径的作用，在充放电的过程中，锡硫化合物产生的体积变化由所述多孔碳载体的孔洞形成缓冲，避免巨大的体积膨胀造成的极片粉化的问题，提升电池负极的循环性能。此外，在复合材料的外部包覆一层包覆碳层，从而提高电池负极材料的整体导电性，聚丙烯腈碳化形成的碳环中含有氮，与锡硫化合物的相互作用能够有效避免锡硫化合物的脱离以及缓解硫化锡衰减过快的问题。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例1提供的负载有二硫化锡的多孔碳载体的透射电镜图；
[0033]图2是本专利技术对比例2提供的二硫化锡的扫描电镜图；
[0034]图3是本专利技术实施例3提供的电池负极的透射电镜图；
[0035]图4是本专利技术实施例3提供的电池负极的扫描电镜图；
[0036]图5是本专利技术对比例1提供的负极材料的X射线衍射图谱；
[0037]图6是本专利技术实施例1提供的负极材料的X射线衍射图谱；
[0038]图7是本专利技术实施例3提供的负极材料的X射线衍射图谱；
[0039]图8是实施例1、实施例3和对比例1制得的锂离子电池的循环性能对比图；
[0040]图9是实施例1、实施例3和对比例1制得的锂离子电池的倍率性能对比图。
具体实施方式
[0041]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
[0042]本专利技术实施例提供了一种电池负极材料，包括多孔碳载体、锡硫化合物和包覆碳层，所述多孔碳载体中形成有多个孔洞，所述锡硫化合物负载于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部以形成复合材料，所述包覆碳层包覆于所述复合材料外部。
[0043]本专利技术提供的电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池负极材料，其特征在于，包括多孔碳载体、锡硫化合物和包覆碳层，所述锡硫化合物负载于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部以形成复合材料，所述包覆碳层包覆于所述复合材料外部。2.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述多孔碳载体为多级孔石墨化碳材料。3.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述锡硫化合物选自二硫化锡和/或硫化亚锡。4.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述多孔碳载体的比表面积为375～2400m2/g，孔体积为0.53～2.24cm3/g。5.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述多孔碳载体为颗粒状，所述多孔碳载体的粒径为0.5um～10um。6.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述多孔碳载体包括孔径小于2nm的微孔，孔径2～50nm的介孔和孔径50～100nm的大孔。7.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述锡硫化合物以纳米颗粒和/或纳米棒的形式成型于所述多孔碳载体的表面和孔洞内部，所述锡硫化合物纳米颗粒的粒径为2～50nm，所述锡硫化合物纳米棒的内径为2～100nm,长度为50～500nm。8.根据权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于，所述包覆碳层的厚度为2～50nm。9.如权利要求1～8任意一项所述的电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：将多孔碳载体在溶剂中分散，加入锡源和硫源，水热条件下反应，在多孔碳载体的表面和孔洞内部生成锡硫化合物；将负载有锡硫化合物的多孔碳载体与有机聚合物进行混合，放入保护性气氛中加热，使有机聚合物碳化。10.根据权利要求9所述的电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳载体由以下方法制备得到：将大网格树脂与金属离子盐溶液混合，搅拌干燥得到吸附金属离子的树脂；将吸附金属离子的树脂进行粉碎，加入过渡性模腔填充剂，混合均匀；将混合物加入扩孔剂溶液中，搅拌后干燥；得到的产物于保护性气氛中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡倩倩，洪晔，董海勇，长世勇，吴春宇，王津松，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：