本发明专利技术提供了一种锡碳复合负极材料及其制备方法。该负极材料制备方法包括：A、将石墨和络合剂共混，得悬浊液体系；B、在搅拌条件下，向悬浊液体系依次加入含锡化合物和分散剂；C、用碱溶液调节步骤B悬浊液的pH值；D、在搅拌状态下，将步骤C的悬浊液加入含有还原剂的溶液中进行反应，然后经过过滤、清洗、干燥得到负极材料前驱体；E、负极材料前驱体与有机聚合物混合研磨，然后在马弗炉内进行烧结，得到锡碳复合材料。采用该方法制备的负极材料可明显提高电池的容量和循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料
，涉及一种锡碳复合材料的制备；本专利技术还涉及该锡碳复合材料在电池行业的应用。
技术介绍
随着能源危机和环境问题日益凸显，研究开发新型可替代能源和节能减排具有重要发展战略意义。例如，发展和使用零排放的电动车(EVs)、混合动力汽车(HEVs)等。锂离子电池作为重要的储能装置被广泛应用，并开始在电动车(EVs)、混合动力汽车(HEVs)等储能方面取得一定的应用。锂离子电池负极材料是电池的重要组成部分，负极材料在电池发展中占有举足轻重的地位。在目前商业化的锂离子电池中，普遍使用石墨作为负极材料。尽管石墨已广泛应用于商业化锂离子电池，但其较低的嵌锂容量和较低嵌锂电位决定了石墨不能满足汽车等大容量、大功率应用需求。针对动力电池，要求电极材料应具有高容量、高效率、高安全性等特点。锡基负极材料的理论比容量(994 mAh/g)为碳基负极材料(372 mAh/g)的两倍多，同时嵌锂电位适中，使得锡基负极材料成为值得研究并具有发展潜力的锂离子电池负极材料。但锡基材料巨大的体积膨胀效应导致其循环性能较低和不可逆容量较大。为解决上述问题通常采用复合材料的方法，将锡基材料和碳进行复合，所得的锡碳复合材料具备碳的高循环性能和锡的高容量特点。Vanchiappan Aravindan等(Electrochimica Acta 121, 2014, 109 - 115)采用等离子体化学气相沉积法制得SnO2OC的复合纳米线材料，其克容量和循环特性明显优于二氧化锡纳米线，但此法设备昂贵，操作复杂，不利于大规模生产。CN 102427127 A公开了一种采用球磨混合锡粉和碳粉制备锡碳复合材料的方法，该方法制备的复合材料微细结构均一性较差。较为前沿的方法是采用在溶液中添加锡盐，并通过添加碳微粉、膨胀石墨、多孔高分子酚醛树脂或其他高分子材料引入碳，然后原位还原或干燥后高温烧结得到锡碳复合材料，如CN 103682273 A、CN102832374 A。
技术实现思路
为了获得比容量高、循环稳定性好的锡碳复合材料以用作负极材料，本专利技术提供了一种锡碳复合负极材料，本专利技术还提供了这种锡碳复合负极材料的制备方法，。首先用酸液对石墨进行亲水化，然后将Sn2+均匀分散在含有石墨的悬浊液中，通过调节pH将锡转化为水合氢氧化亚锡，并沉淀在石墨表面，经过一段时间后，再向悬浊液滴加强还原剂(硼氢化钾、次亚磷酸钠等)对水合氢氧化亚锡进行还原，制得负极材料前驱体。将负极材料前驱体与有机碳源机械混合，在高温下，对锡进行进一步地碳化还原成金属锡，制得锡碳复合负极材料。本专利技术采用了下述技术方案:一种锡碳复合负极材料的制备方法，其步骤为: A、将石墨和络合剂共混，得悬浊液体系； B、在搅拌条件下，向悬浊液体系依次加入含锡化合物和分散剂； C、用碱溶液调节步骤B中悬浊液的pH值； D、在搅拌状态下，将含有还原剂的溶液加入步骤C的悬浊液中进行反应，然后经过过滤、清洗、干燥得到负极材料前驱体。E、负极材料前驱体与有机聚合物混合研磨，然后在马弗炉内进行烧结，得到锡碳复合负极材料。其中，步骤A中的络合剂与石墨的质量比例为0.3 ~ 5: 1，更优选为0.5 ~ 2:1 ;所述石墨为片状或球状石墨；所述酸液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种；所述络合剂为酒石酸、柠檬酸、苹果酸、丁二酸、乙二胺四乙酸、乳酸、羟基丙酸及它们的盐类中的一种或几种； 其中，步骤B中的锡与石墨的质量比例为0.1 ~ 0.6: 1，更优选为0.2 ~ 0.4:1 ；其中，步骤B中分散剂与锡的摩尔比例为0.01 ~ 4:1，优选为0.02 -1.5:1 ;所述含锡化合物为氯化亚锡、氯化锡、硫酸锡、硫酸亚锡等一种或几种；所述分散剂为蔗糖、果糖、乙二醇、聚乙二醇等一种或几种； 其中，步骤C中控制悬浊液的pH值范围在3 ~ 11之间，更优选为7 ~ 10;所述的碱液为氨水、尿素、脲、氢氧化钠等的一种或几种； 其中，步骤D中反应温度控制在20 ~ 90 °C，更优选为45 ~ 85 0C ； 其中，步骤D所述的还原剂为硼氢化钾、硼氢化钠、次亚磷酸钠、水合肼等一种或几种；其中，步骤D中干燥条件为真空干燥，干燥温度为80 ~ 120°C，干燥时间为8 ~ 18小时，真空度为0.05 ~ 0.09 MPa ； 其中，步骤E中有机聚合物与负极材料前驱体质量比例为0.05 ~ 0.6: 1，更优选为0.1 ~ 0.3:1 ;所述有机聚合物为浙青、酚醛树脂、环氧树脂、聚丙酰胺树脂、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯等一种或几种。本专利技术提供了一种上述方法制备的锡碳复合负极材料。本专利技术制备的锡碳复合材料比容量高，循环稳定性好，工艺简单，适合批量生产。【附图说明】图1是本专利技术中实施例4锡碳复合负极材料的1000倍扫描电镜图。图2是本专利技术中实施例4锡碳复合负极材料的3000倍扫描电镜图。【具体实施方式】实施例1 将20 ml浓度为63 %硝酸用去离子水稀释至50 ml，加入10 g石墨后，在85 °C条件下搅拌4小时，溶液过滤洗涤至中性，在85 °C干燥12小时。45 1:下，酸化后的石墨与50 ml的I mol/Ι的酒石酸溶液搅拌混合均匀，再加入2.8 g氯化亚锡，待氯化亚锡完全溶解后，然后依次加入5 ml乙二醇和200 ml去离子水,混合均匀后,用4 mol/Ι的氢氧化钠溶液将该悬浊液pH调节至3.5。在搅拌条件下，将150ml的0.5mol/l硼氢化钾溶液滴加至悬浊液中，待硼氢化钾液滴加完毕后，继续搅拌2小时，溶液过滤并用去离子水洗涤至中性，85 V过夜干燥得到负极材料前驱体。将2g酚醛树脂与上述负极材料前驱体进行研磨混合，900°〇氮气气氛下焙烧6小时得样品A。以上制得的锡碳复合材料为正极，锂片为负极，电解质为lmol/1的LiPFJ^ EC/DMC (1:1)溶液，隔膜为聚丙烯、聚乙烯复合隔膜。活性物质:CMC:SBR=96:2:2的比例制备极片。测试充放电倍率为0.2 C，充放电电压为0.005-2.000 V，A样品的首次放电比容量为510 mAh g'首次效率为89.17%，30周后比容量为430 mAh g—1。实施例2 将20 ml浓度为63 %硝酸用去离子水稀释至50 ml，加入10 g石墨后，在85 °C条件下搅拌4小时，溶液过滤洗涤至中性，在80 °C干燥18小时。85 1:下，酸化后的石墨与50ml的0.5 mol/Ι的朽1檬酸钠溶液搅拌混合均勻,再加入2.8 g氯化亚锡,待氯化亚锡完全溶解后，然后依次加入5 ml乙二醇和200 ml去离子水,混合均匀后,用4 mol/Ι的氢氧化钠溶液将该悬浊液PH调节至5.7。将150ml的0.1 mol/Ι硼氢化钾溶液加热至85 °C，在搅拌条件下，将150ml的0.1 mol/Ι硼氢化钾溶液滴加至悬浊液中，滴加完毕后，继续搅拌2小时，溶液过滤并用去离子水洗涤至中性，95 °C过夜干燥得到负极材料前驱体。将2g酚醛树脂与上述负极材料前驱体进行研磨混合，900 1:氮气气氛下焙烧6小时得样品B。以上制得的锡碳复合材料为正极，锂片为负极，电解质为lmol/1的LiPFJ^ EC/DMC (1:1)溶液，隔膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锡碳复合负极材料的制备方法，包括：A.将石墨和络合剂共混，得悬浊液体系；B.在搅拌条件下，向悬浊液体系依次加入含锡化合物和分散剂；C.用碱溶液调剂步骤B中悬浊液的pH值；D.在搅拌状态下，将含有还原剂的溶液加入步骤C的悬浊液中进行反应，然后经过过滤、清洗、干燥得到负极材料前驱体;E.负极材料前驱体与有机聚合物混合研磨，然后马弗炉内进行烧结，得到锡碳复合负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱根萍，杨建锋，黄雨生，
申请(专利权)人：江西正拓新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36
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