水相体系常温制备锡-钴无定形复合材料的方法技术

水相体系常温制备锡-钴无定形复合材料的方法，涉及一种锂离子电池负极材料。用酸调节去离子水的pH=0.5～2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A；用碱调节去离子水的pH=12～14，再加入还原剂，得溶液B；将溶液A、溶液B和分散剂混合反应后，再加入酸调节溶液的pH=0.5～2，搅拌后，抽滤，洗涤，直到滤液呈中性，然后将抽滤所得的滤饼分散于有机溶剂中，再将有机溶剂转移至水热釜中进行溶剂热，控制温度在130～180℃保温4～8h，保温结束后冷却至室温，再将有机溶剂抽滤，将滤饼干燥，将干燥后的滤饼研磨得锡-钴无定形复合材料。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。

【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，尤其是涉及一种。
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_S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。加拿大Dalhousie University 的 J.R.Dahn 及 State University of New York的M.Stanly Whittingham等研究认为无定形态具有较好的充放电循环性能(参见文献 J.R.Dahn, R.E.Mar, Alyaa Abouzeid J.Electrochem.Soc.，2006,153:A361。参见文献Q.Fan, P.J.Chupa s, M.S.Whittingham Electrochem.Solid State Lett., 2007,10:A274.)。Todd等采用共派射方法,室温下在娃衬底上制备出了 SrvxCox(C).28〈x〈0.43)无定形复合材料，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.ff.Todd, R.E.Mar, J.R.Dahn J.Electrochem.Soc., 2006,153:A1998)。Geny 等在液氮温度下，通过气相共沉积方法制备0.2<x<0.8的SrvxCox无定形复合材料(参加文献J.F.Geny, G.Marchal, Ph.Mangin, Chr.Janot, M.Piecuch0 Phys.Rev.B, 1982, 25:7449)。与以上提到的共溅射法、共沉积法相比，溶液法具有操作简单，条件温和，成本低廉和易规模化生产等优点。
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。本专利技术首先采用溶液法在水相体系中合成锡-钴复合材料，并通过后续的酸处理及溶剂热处理最终得到一种无定形锡-钴复合负极材料。本专利技术包括以下步骤:I)用酸调节去离子水的ρΗ=0.5 2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A ;2)用碱调节去离子水的pH=12 14，再加入还原剂，得溶液B ;3)将溶液A、溶液B和分散剂混合反应后，再加入酸调节溶液的ρΗ=0.5 2，搅拌2 4h后，抽滤，洗涤，直到滤液呈中性，然后将抽滤所得的滤饼分散于有机溶剂中，再将有机溶剂转移至水热釜中进行溶剂热，控制温度在130 180°C保温4 8h，保温结束后冷却至室温，再将有机溶剂抽滤，将滤饼干燥，将干燥后的滤饼研磨得锡-钴无定形复合材料；所得锡-钴无定形复合材料，在2 Θ角XRD谱图中，在20° 40°间有一无定形包峰，一次粒径为20 lOOnm。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、氯化锡等中的至少一种，锡源的浓度可为0.1Sm0IL-1N0.4H101L-1 ;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，钴源的浓度可为0.05 0.8mol L—1 ;所述表面活性剂可选自聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化胺等中的至少一种，表面活性剂的质量浓度可为50 ZOOmgr1 ;所述稳定剂可选自抗坏血酸、柠檬酸钠等中的至少一种，稳定剂的质量浓度可为200 500mg L—1。在步骤2)中，所述碱可选自氢氧化钠、氢氧化钾等中的至少一种；所述还原剂可选自硼氢化钠、硼氢化钾等中的至少一种，还原剂的浓度可为0.9 1.Smoir10在步骤I)和2)中，所述锡、钴、还原剂的摩尔比可为锡:钴:还原剂=1: (0.5 1.5): (0.5 3)。在步骤3)中，所述酸可选自硫酸、盐酸、硝酸等中的至少一种；所述分散剂可选自乙醇、乙二醇、异丙醇等中的至少一种，所述分散剂的体积可为锡源、钴源及还原剂溶液体积的20% 50% ;所述有机溶剂可选自乙醇、乙二醇、异丙醇等中的至少一种；所述将抽滤所得的滤饼分散于有机溶剂中，可将抽滤所得的滤饼通过搅拌、超声分散于有机溶剂中；所述滤饼干燥，可将滤饼于80 120°C下真空干燥8 12h。与现有的锡基负极材料相比，本专利技术具有如下突出的优点:I)本专利技术采用溶液法合成锡-钴复合材料，具有操作简单，条件温和，易规模化生产的优点。2)以本专利技术的方法制备的锂离子电池锡-钴无定形复合负极材料其可逆容量高，约为 600mAh/g。3)以本专利技术的方法制备的锂离子电池锡-钴无定形复合负极材料，由于其无定形结构，有效地缓解了充放电过程中体积变化对电极结构的破坏，具有优异的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所得锡-钴复合负极材料的扫描电镜(SEM)图。图2为本专利技术实施例1所得无定形结构锡-钴复合负极材料的X射线粉末衍射(XRD)图。在图2中，横坐标为衍射角广，纵坐标为强度/a.u.。图3为本专利技术实施例1所得无定形结构锡-钴复合负极材料的透射电镜(TEM)图和选取电子衍射(SAED)图。图4为本专利技术实施例1所得锡-钴复合负极材料在50mA/g电流密度下的充放电循环图。在图4中,横坐标为循环圈数,左纵坐标为质量比容量/mAhg—1,右纵坐标为库仑效率/% ;标记■为发电， 为充电。图5为本专利技术实施例1所得锡-钴复合负极材料在50mA/g电流密度下的充放电曲线图。在图5中,横坐标为质量比容量mAh/g,纵坐标为充放电电压/V。图6为本专利技术实施例1所得锡-钴复合负极材料的倍率性能图。在图6中，横坐标为循环圈数，纵坐标为质量比容量/mAhg—1 ;标记■为发电， 为充电。具体实施例方式实施例1在80mL去离子水中加入适量硫酸调节pH=l，然后向去离子水中加入20mg抗坏血酸，IOmg聚乙烯吡咯烷酮，最后加入3g硫酸亚锡，4g硫酸钴，得溶液A。在50ml去离子水中加入适量氢氧化钾调节pH=13，然后加入4g硼氢化钾，得溶液B。室温下，边搅拌便将溶液A、B同时分别滴加到30mL异丙醇溶液中，得溶液C，反应结束后搅拌3h，向溶液C中加入适量硫酸调节pH=2,继续搅拌10h。将溶液C抽滤并用大量去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
水相体系常温制备锡?钴无定形复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：1）用酸调节去离子水的pH=0.5～2，再加入锡源、钴源、表面活性剂和稳定剂，得溶液A；2）用碱调节去离子水的pH=12～14，再加入还原剂，得溶液B；3）将溶液A、溶液B和分散剂混合反应后，再加入酸调节溶液的pH=0.5～2，搅拌2～4h后，抽滤，洗涤，直到滤液呈中性，然后将抽滤所得的滤饼分散于有机溶剂中，再将有机溶剂转移至水热釜中进行溶剂热，控制温度在130～180℃保温4～8h，保温结束后冷却至室温，再将有机溶剂抽滤，将滤饼干燥，将干燥后的滤饼研磨得锡?钴无定形复合材料。

【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：