锂离子电池锡-钴合金负极材料的制备方法，涉及一种锂离子电池负极材料。提供一种具有对环境友好、成本低、初始容量大、循环性能好且易规模化生产等优点的锂离子电池锡-钴合金负极材料的制备方法。在去离子水中加入酸，控制pH=0.5～2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A；再将沉淀剂溶于去离子水得溶液B；将溶液B加入溶液A中，搅拌后将反应溶液抽滤，洗涤，得滤饼，将滤饼分散在有机溶剂中，然后将有机溶剂抽滤掉，再将滤饼烘干后粉碎即得前驱物；将所得的前驱物掺入碳源,将前驱物和碳源混合均匀后放入管式炉中加热到700～1000℃，保温2～6h后冷却至室温,即得锂离子电池锡-钴合金负极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料，尤其涉及一种。
技术介绍
目前，商品化的锂离子电池的负极材料是石墨以及以石墨为前躯体的各种炭材料，该材料具有良好的可逆充放电性能，但是炭材料的理论容量较低，只有372mAh g—1，而且其能量损失较大及高倍率充 放电性能差。当电池过充电时，炭表面易形成枝晶锂而引起短路，从而提高了安全隐患等，已经很难满足当今时代电子技术飞速发展的需要。因此，开发新型且可靠的高容量的锂离子电池负极材料已经迫在眉睫。自从1996年日本富士胶片公司推出有较好循环寿命和较高可逆容量的锡复合氧化物作负极材料的锂离子电池以来，人们对各种金属复合材料展开了大量的研究。近年来研究较多的有锡基材料、锑基材料和硅基材料等，这类材料具有比容量高、开路电压高、熔点高、锂离子扩散速度快等优点，其中锡由于其较高的理论容量(994mAh/g)而成为了研究热点。单质锡作为锂离子电池负极材料时，锂离子嵌入和拖出过程中其体积变化高达100% 300%，严重缩短了其循环寿命。近年来，国内外许多工作都致力于改善锡基材料的循环性能，主要是基于“缓冲基”的概念，将活性相植入非活性相中，从而缓解充放电过程中的体积变化。目前研究较多的有Sn-N1、Sn-Co、Sn-Cu，Sn-Zn等。其中Co由于有较好的延展性及扩散性，被认为具有广阔的开发应用前景。Todd等采用共溅射方法，室温下在硅衬底上制备出了 SrvxCox (0.28〈x〈0.43)复合材料，用作锂离子电池负极材料时表现出了优异的循环性能(参见文献A.D.W.Todd, R.E.Mar, J.R.Dahn J.Electrochem.Soc., 153 (2006), p.A1998)。日本三洋电子的 N.Tamura等实用电沉积法在铜表面沉积Sn-Co合金负极材料,最大可逆容量为580mAh/g (参见文献N.Tamura, M.Fujimoto, M.Kamino, S.Fujitani, Electrochemica Acta,2004, 49 (2):1949-1956)。米常焕等实用液相还原法，制备出锡-钴合金负极，初始容量为385mAh/g，循环10次后容量衰减为300mAh/g (参见文献米常焕，张校刚，曹高邵，无极化学学报，200319 (3):283-286)。北京科技大学赵海雷等采用碳热还原锡-钴氧化物的方法制备了锡-钴合金负极材料，最大可逆容量为600mAh/g，循环20次后的比容量为525mAh/g，容量保持率为87.5%(参见中国专利CN1865468A)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的锡基合金负极材料存在的体积膨胀从而导致循环性能差等问题，提供一种具有对环境友好、成本低、初始容量大、循环性能好且易规模化生产等优点的。本专利技术包括以下步骤:I)水溶液沉淀法合成前驱物:在去离子水中加入酸，控制pH=0.5 2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A ;再将沉淀剂溶于去离子水得溶液B ;将溶液B加入溶液A中，搅拌后将反应溶液抽滤，洗涤，得滤饼，将滤饼分散在有机溶剂中，然后将有机溶剂抽滤掉，再将滤饼烘干后粉碎即得前驱物；2)掺碳与煅烧:将步骤I)所得的前驱物掺入碳源，将前驱物和碳源混合均匀后放入管式炉中加热到700 1000°C，保温2 6h后冷却至室温，即得锂离子电池锡-钴合金负极材料。在步骤I)中，所述酸可选自硫酸、盐酸、硝酸等中的至少一种；所述锡源可选自硫酸亚锡、氯化锡、氯化亚锡等中的至少一种；所述钴源可选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、乙酸钴等中的至少一种；所述表面活性剂可选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基溴化铵、P123等中的至少一种；所述稳定剂可选自抗坏血酸、柠檬酸钠等中的至少一种；所述沉淀剂可选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸铵、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等中的至少一种；所述有机溶剂可选自乙醇、乙二醇、异丙醇等中的至少一种；所述锡与钴的摩尔比可为I 4 ;所述沉淀剂与锡的摩尔比可为2 8 ;所述搅拌的时间可为0.5 4h ;所述将滤饼分散在有机溶剂中，可将滤饼通过搅拌及超声处理等方式分散在有机溶剂中；所述烘干的条件可为:将滤饼于空气下在80 120°C烘干4 IOh ;所述利用前驱物抽滤所得滤液可制作成肥料或建筑原料等；利用前驱物再分散时所用的有机溶剂可循环利用。在步骤2)中，所述碳源可采用有机碳源或无机碳源，所述有机碳源可选自葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等中的至少一种；所述无机碳源可选自炭黑、乙炔黑、碳粉、活性炭、石墨烯等中的至少一种；碳源中的含碳量与锡源的摩尔比可为4 12 ;所述将前驱物和碳源混合均匀后放入管式炉中加热到700 1000°C可在惰性气体氩气或高纯氮保护下以2 20°C /min的升温速度加热到700 1000°C。 本专利技术首先采用水溶液沉淀法法合成锡-钴前驱物，并通过后续的碳热还原最终得到锡-钴合金负极材料。与现有的共溅射法、电沉积沉法、溶液法、碳热还原氧化物相比，本专利技术具有如下突出的优点:I)本专利技术的工艺过程简单，耗时少，耗能低，产率高，易于规模化生产2)以本专利技术的方法制备的锂离子电池锡-钴合金负极材料具有结晶度高，振实密度大的优点。3)本专利技术首先采用溶液共沉淀法制备锡-钴前驱物实现了锡-钴分子级的混匀，非活性组分钴较好的缓冲了体积变化，使材料不仅有较高的容量而且有较好的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所得平面结构锡-钴合金负极材料的X射线粉末衍射(XRD)图。在图1中，横坐标为衍射角Γ，纵坐标为强度/a.u.;标记I为CoSn03-065-5600，标记 2 为 CoSn203-065-5843。图2为本专利技术实施例2所得锡-钴合金负极材料的X射线粉末衍射(XRD)图。在图2中，横坐标为衍射角/°，纵坐标为强度/a.u.;标记I为Sn00-004-0673，标记2为CoSn203-06 5-58 43，标记 3 为 CoSn200-027_1124。图3为本专利技术实施例3所得锡-钴合金负极材料的X射线粉末衍射(XRD)图。在图3中，横坐标为衍射角Γ，纵坐标为强度/a.u.;标记I为CoSn203-065-5843，标记2为CoSn03-065-3477o图4为本专利技术实施例1所得锡-钴合金负极材料的SEM图。图5为本专利技术实施例2所得锡-钴合金负极材料的SEM图。图6为本专利技术实施例1所得锡-钴合金充放电循环及效率曲线，充放电电流密度为50mA/g。在图6中,横坐标为循环数,纵坐标为充放电容量/mAh.g_\各标记分别代表: 放电；■充电。图7为本专利技术实施例4所得锡-钴合金充放电循环及效率曲线，充放电电流密度为400mA/g,在图7中,横坐标为循环数,纵坐标为充放电容量/mAh.g_\各标记分别代表: 放电；■充电。具体实施例方式实施例1在180mL去离子水中加入适量硫酸调节ρΗ=0.5，然后向去离子水中加入40mg抗坏血酸，25mg聚乙烯批 咯烧酮，最后加入6g硫酸亚锡,7.8g硫酸钴,得溶液A。在80ml去离子水中加入7g碳酸钠得溶液B。室温下，边搅拌便将溶液B同时分别滴加到溶液A中，得溶液C，反应结束后搅拌3h。将溶液C抽滤并用大量去离子水洗涤，至滤液中本文档来自技高网...
【技术保护点】
锂离子电池锡?钴合金负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）水溶液沉淀法合成前驱物：在去离子水中加入酸，控制pH=0.5～2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A；再将沉淀剂溶于去离子水得溶液B；将溶液B加入溶液A中，搅拌后将反应溶液抽滤，洗涤，得滤饼，将滤饼分散在有机溶剂中，然后将有机溶剂抽滤掉，再将滤饼烘干后粉碎即得前驱物；2）掺碳与煅烧：将步骤1）所得的前驱物掺入碳源,将前驱物和碳源混合均匀后放入管式炉中加热到700～1000℃，保温2～6h后冷却至室温,即得锂离子电池锡?钴合金负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李君涛，吴振国，孙世刚，钟本和，黄令，郭孝东，
申请(专利权)人：厦门大学，四川大学，
类型：发明
国别省市：
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