一种低温锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高性能锂离子电池低温负极材料

【技术实现步骤摘要】
一种低温锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机储能材料
，具体涉及一种低温锂离子电池负极材料
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非晶锡/碳纳米管复合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]低温环境对锂离子电池负极材料的影响远远大于正极材料：对于电极材料而言，除低温条件下巨大的电荷转移电阻以及锂离子在材料内部中极其缓慢的扩散速率两个共同因素外，负极表面的特有的SEI膜进一步降低了锂离子的扩散速率。研究人员使用原位中子粉末衍射研究了石墨的脱锂过程，结果表明：低温条件下石墨负极的热力学稳定性范围的变化会导致其能量势垒的增加，进而阻断锂扩散路径。在
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20℃，石墨只能释放100 mA h/g的容量，而到了
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30 ℃，仅剩40 mA h/g的容量。更为严重的是：锂离子电池在低温（零度以下）充电时，会在石墨负极表面沉积形成一层锂镀层，进而长成锂枝晶，严重影响电池的安全性能。而要避免低温锂镀层则非常困难，这是因为石墨的嵌锂电位与锂镀层形成电位极为接近。因此，低温环境下，使用其他负极材料来替代石墨是较好的选择。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供一种非晶锡/碳纳米管复合物及其制备方法，此种非晶锡/碳纳米管复合材料作为锂离子电池低温负极材料，充放电容量高，循环性能好，制备方法简单。
[0004]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种非晶锡/碳纳米管复合物，所述复合材料是由SnO2经硼氢化钠还原后与碳纳米管复合所得，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。
[0005]所述非晶锡/碳纳米管复合物中Sn纳米颗粒30 ~ 40 nm，碳纳米管直径30 ~ 50 nm，长度2 ~ 10 μm。
[0006]（1）首先将SnO2粉末置于烧杯中，用硼氢化钠溶液，还原成非晶锡颗粒；（2）将上述非晶锡颗粒抽滤后用去离子水洗净；（3）将上述非晶锡纳米颗粒与碳纳米管混合；（4）将上述混合物置于球磨机球磨罐中，加入乙二醇，进行球磨；（5）将上述处理后的产品置于真空干燥箱中干燥后即得到非晶锡/碳纳米管复合物。
[0007]所述步骤（1）中硼氢化钠浓度为10 ~ 25 g/L，还原时间1 ~ 3小时。
[0008]所述步骤（3）中非晶锡颗粒与碳纳米管的质量比为5 ~ 20：1。
[0009]所述步骤（4）中乙二醇与复合物质量比为2 ~ 5：1，球料比（质量）15 ~ 20：1，球磨时间1 ~ 5 h。
[0010]所述步骤（5）中真空温度为50 ~ 120 ℃，干燥的时间为1 ~ 5小时。
[0011]本专利技术采用SnO2以及碳纳米管为原料，用简单的硼氢化钠还原加球磨法制备了一
种非晶锡/碳纳米管复合物作为锂离子电池低温负极材料。本专利技术的非晶锡/碳纳米管复合物中Sn纳米颗粒30 ~ 40 nm，碳纳米管直径30 ~ 50 nm，长度2 ~ 10 μm，Sn纳米颗粒仅仅附着在碳纳米管表面。本专利技术作为锂离子电池低温负极材料，在100mA/g电流密度及—20℃环境下经500次循环，，容量高达503 ~ 551 mAh/g，容量保持率为75 % ~ 88 %，表现出较高的低温容量和良好的循环性能。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例1的非晶锡/碳纳米管复合物的扫描电子显微镜图。
[0013]图2是本专利技术实施例1的非晶锡/碳纳米管复合物在—20℃及100 mA/g电流密度下的循环性能曲线。
具体实施方式
[0014]实施例1一种非晶锡/碳纳米管复合物，所述材料是由SnO2经硼氢化钠还原后与碳纳米管复合所得，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。
[0015]上述非晶锡/碳纳米管复合物的制备方法，由以下步骤组成：（1）首先将SnO2粉末（阿拉丁试剂，99.99%，50~70 nm）置于烧杯中，用15 g/L硼氢化钠溶液，还原1.5 h成非晶锡颗粒；（2）将上述非晶锡颗粒抽滤后用去离子水洗净；（3）将上述非晶锡纳米颗粒与碳纳米管混合，两者质量比为10：1；（4）将上述混合物置于球磨机球磨罐中，加入乙二醇，乙二醇与复合物质量比为3：1，进行球磨，球料比15：1，球磨时间2 h；（5）将上述处理后的产品置于真空干燥箱中60℃干燥3 h后即得到非晶锡/碳纳米管复合物。
[0016]对所得的复合材料进行扫描电镜以及锂离子电池负极低温性能测试，分别如图1、图2所示。
[0017]从图1可看出，复合物中Sn纳米颗粒40 nm，碳纳米管直径35 nm，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。
[0018]本专利技术的材料可用于锂离子电池低温负电极材料，也可以用于其他领域。用于锂离子电池负电极的材料时，锂离子电池负电极的制备方法如下：将所得的复合物与乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按质量比8:1:1混合均匀，以N
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甲基吡咯烷酮为溶剂，均匀将其涂覆在铜箔上，在真空干燥箱60℃烘干后，裁成直径16 mm圆片，以金属锂片为对电极，即参比电极，cellgard2400隔膜，1 mol/L LiPF6溶液（DMC：EC：FEC= 1：1）为电解液，在真空手套箱中组装成2016型纽扣电池。使用武汉蓝电生产的LandBT2013A型充放电仪对电池进行充放电性能测试。图2表明，在100 mA/g的电流密度及
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20℃环境下，本实施例所制备的非晶锡/碳纳米管复合物，经500次循环后电容量仍可高达519 mAh/g，容量保持率为81.6 %。
[0019]实施例2与实施例1不同之处在于：一种非晶锡/碳纳米管复合物的制备方法，由以下步骤组成：
（1）首先将SnO2粉末（阿拉丁试剂，99.99%，50~70 nm）置于烧杯中，用20 g/L硼氢化钠溶液，还原2 h成非晶锡颗粒；（2）将上述非晶锡颗粒抽滤后用去离子水洗净；（3）将上述非晶锡纳米颗粒与碳纳米管混合，两者质量比为12：1；（4）将上述混合物置于球磨机球磨罐中，加入乙二醇，乙二醇与复合物质量比为4：1，进行球磨，球料比16：1，球磨时间2.5 h；（5）将上述处理后的产品置于真空干燥箱中70℃干燥2 h后即得到非晶锡/碳纳米管复合物。
[0020]对所得的非晶锡/碳纳米管复合物进行扫描电镜以及锂离子电池负极低温性能测试。
[0021]所得复合物中Sn纳米颗粒35 nm，碳纳米管直径35 nm，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。
[0022]负极材料的制备方法与测试手段实施例1一致。本实施例所制备的非晶锡/碳纳米管复合物，经500次循环后电容量仍可高达531 mAh/g，容量保持率为82.3 %。
[0023]实施例3与实施例1不同之处在于：一种非晶锡/碳纳米管复合物的制备方法，由以下步骤组成：（1）首先将SnO2粉末（阿拉丁试剂，99.99%，50~70 nm）置于烧杯中，用22 g/L硼氢化钠溶液，还原2.5 h成非晶锡颗粒；（2）将上述非晶锡颗粒抽滤后用去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能低温锂离子电池负极材料，其特征在于：所述负极材料为非晶锡/碳纳米管复合物，由非晶锡纳米颗粒和碳纤维球磨后所得，非晶锡纳米颗粒附着在碳纳米管表面，碳纳米管表现为交织状结构。2.如权利要求1所述的非晶锡/碳纤维复合物，其特征在于：非晶锡纳米颗粒直径30 ~ 40 nm，附着于碳纳米管表面。3.一种非晶锡/碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：首先将SnO2粉末用硼氢化钠溶液还原成非晶锡颗粒；将上述非晶锡颗粒与碳纳米管使用机械球磨法复合；将上述处理后的产品置于真空干燥箱中干燥后即得到非晶锡/碳纳米管复合物。4.如权力要求3所述非晶锡/碳纳米管复合物的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，魏伟，王晶晶，周梦萍，邱乐，孙印杰，计星辉，
申请(专利权)人：商丘师范学院，
类型：发明
国别省市：