一种锂离子电池负极材料Sn/C及其制备方法技术

一种锂离子电池负极材料Sn/C及其制备方法。所述负极材料Sn/C采用固相还原法，以精制后的腐植酸作为碳包覆剂和还原剂，将纳米SnO

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料Sn/C及其制备方法
本专利技术属于电化学材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料Sn/C及其制备方法。
技术介绍
当今，锂离子电池在社会发展中的作用越来越高。因此，开发高性能、绿色环保的电极材料成为锂离子电池的研究热点。目前锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，但碳材料存在以下不足：（1）首次放电过程中生成SEI膜，造成不可逆容量损失，甚至引起碳电极内部结构变化和接触不良；（2）高温时因为保护层的分解，导致电池失效或引起安全性事故；（3）单位体积容量相对较低。由于金属、金属氧化物及其复合材料具有高的比容量，因此它们成为锂离子电池负极材料的替代品，具有较大的发展潜力。金属锡可作为负极材料用于锂离子电池中，且具有储存容量高，寿命长、以及安全性好等优点。国内针对锡基锂离子电池负极材料展开了大量的研究。例如朱广燕等在“一种锂离子电池负极用锡碳复合材料及其制备方法和锂离子电池”(CN102255079A)中，设计了一种以多孔高分子酚醛树脂为基础，颗粒尺寸细小、结合强度高、高比容量、电化学性能稳定的锡碳复合材料。李溪等在“锂离子电池石墨化中孔碳锡复合负极材料”(CN104577075A)中，以中孔氧化硅为模板、植物油为碳前驱体、水合氯化锡为锡源，制得锡碳复合负极材料。田东在“一种锂离子电池锡碳复合负极材料的制备方法”(CN104835946A)中，设计了一种包含锡、镍、氧、碳复合材料，该复合材料避免了金属锡在高温热处理后存在巨大的团聚现象，抑制了金属锡的体积膨胀收缩，当该复合材料用作锂离子电池负极时,表现出良好的循环性能。王洁平等在“一种锂离子电池锡基复合负极材料及其制备方法”(CN103137951A)中，通过喷雾造粒将金属锡粉、石墨、分散剂和水制备成锡碳复合材料，再将其与导电聚合物混合，得到一种比容量高，循环性能好的锡基复合负极材料。腐植酸是经过一系列的生化反应生成的一类天然有机高分子物质，其特点是分布广泛，储存量大，含碳量高，性质稳定。殷娇等在“以腐植酸为原料制备活性炭材料的方法及其应用”(CN103641117A)中，采用腐植酸作为碳源获得的多孔活性炭材料具有丰富的孔洞结构、较大的比表面积，用于在制备净水剂或超级电容器电极材料。蒋晨光等以印尼褐煤为原料制备腐植酸基层次孔炭电极材料，研究了不同碱碳比下孔径分布及对其作为超级电容器电极材料电化学性能的影响。张亚飞、郭丽玲、黄光许、王力等分别从不同方面研究了以腐植酸为原料制备超级电容器活性材料，并对其电化学性能进行测试和分析。以腐植酸作为电池负极材料碳包覆材料，廉价易得，绿色环保，性质稳定，但国内尚无对腐植酸作为锂电池电极材料碳源的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池负极材料Sn/C及其制备方法，具有原料廉价易得，制备方法简便，负极材料Sn/C比容量高，循环性能和倍率性能优良等特点。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种锂离子电池负极材料Sn/C的制备方法，所述负极材料Sn/C采用固相还原法，以精制后的腐植酸作为碳包覆剂和还原剂，将纳米SnO2还原制备而成，具体为：将精制后的腐植酸加入0.5~1mol/L的NaOH溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解；再加入纳米SnO2，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在900-1000℃、N2和/或Ar的氛围中煅烧2-4h，离心、洗涤、干燥，即得。进一步地，所述纳米SnO2的制备过程如下：将Na2SnO3·3H2O加入蒸馏水中，以Na2SnO3·3H2O计，加入1~5wt%的尿素，搅拌至固体完全溶解，加入无水乙醇，继续搅拌至呈现淡乳白色；再在150-170℃下反应24-36h，自然冷却至室温，离心、洗涤、真空干燥，得到纳米SnO2。Na2SnO3·3H2O与蒸馏水的质量比为1︰（10~20）。每3~4gNa2SnO3·3H2O加入10-20mL无水乙醇。所述腐植酸的精制过程如下：将市售固体腐植酸加入0.5~1mol/L的NaOH溶液，腐植酸与NaOH溶液的质量比为1︰（2~8），50-60℃搅拌30-60min，离心分离，取上清液并调至pH=1~1.5，静置10~15h，沉淀物经干燥，即得精制后的腐植酸。精制后的腐植酸在NaOH溶液中的浓度为10~12g/L，精制后的腐植酸与纳米SnO2的质量比为（3.5~5）︰（3~4）。上述制备方法制得的锂离子电池负极材料Sn/C。采用腐植酸作为碳包覆剂与还原剂，通过焙烧碳化和还原制得的电池负极Sn/C，提高了锂电池负极的比容量，增强了电池的循环稳定性。与纯锡材料以及二氧化锡材料，本专利技术将首次将腐植酸用于负极材料碳包覆剂，负极材料Sn/C比容量高，循环性能和倍率性能优良，而且本专利技术可操作性强，具有良好的应用前景。本专利技术对锂离子电池的负极材料的发展和应用具有很大的实际意义。附图说明图1为本专利技术实例1制备的锂离子电池负极材料Sn/C的XRD图像；图2为本专利技术实例1制备的锂离子电池负极材料Sn/C的SEM图像；图3为本专利技术实例1制备的锂离子电池负极材料Sn/C的恒流充放电图；图4为本专利技术实例2制备的锂离子电池负极材料Sn/C的XRD图像；图5为本专利技术实例2制备的锂离子电池负极材料Sn/C的SEM图像；图6为本专利技术实例2制备的锂离子电池负极材料Sn/C的TEM图像；图7为本专利技术实例2制备的锂离子电池负极材料Sn/C的循环伏安图；图8为本专利技术实例2制备的锂离子电池负极材料Sn/C的恒流充放电图；图9为本专利技术实例3制备的锂离子电池负极材料Sn/C的XRD图像；图10为本专利技术实例3制备的锂离子电池负极材料Sn/C的SEM图像；图11为本专利技术实例3制备的锂离子电池负极材料Sn/C的恒流充放电图；图12为本专利技术实验流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需要说明的是，这些实施例仅为了更好的理解本专利技术，并不是对本专利技术的限制。实施例1如图12所示，一种锂离子电池负极材料Sn/C的制备方法，所述锂离子电池负极材料Sn/C采用固相还原法，以腐植酸作为碳包覆剂和还原剂，将纳米SnO2还原制备而成：（1）首先将3gNa2SnO3·3H2O加入30mL蒸馏水中，再加入30mg的尿素，搅拌至固体完全溶解，加入20mL无水乙醇，继续搅拌至液体呈现淡乳白色；将前述淡乳白色液体加入100mL反应釜中，160℃下水热反应32h后，自然冷却至室温，离心，固体用蒸馏水洗涤1次，再真空干燥，即得到纳米SnO2；（2）称取4g市售固体腐植酸（分析纯）加入至20mL0.5mol/L的NaOH溶液，水浴50℃搅拌60min，离心分离，上清液用1+1盐酸(一份体积市售盐酸浓溶液（密度约1.18g/mL）与1份体积的水混合而配，下同)调至pH=1.5，静置10h，沉淀物经干燥，得到精制后的腐植酸；（3）取0.4g步骤（2）精制后的腐植酸加入至40mL1mol/L的NaOH溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解，再加入0.3g步骤（1）制得的纳米SnO2，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在900℃、Ar的氛围中煅烧3h，离心，固体用蒸馏水洗涤1次，干燥，得到锂离子电池负极材料Sn/C。将上述方法制备的锂离子电池负极材料Sn/C依据现有电池组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料Sn/C的制备方法，其特征在于，所述负极材料Sn/C采用固相还原法，以精制后的腐植酸作为碳包覆剂和还原剂，将纳米SnO

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料Sn/C的制备方法，其特征在于，所述负极材料Sn/C采用固相还原法，以精制后的腐植酸作为碳包覆剂和还原剂，将纳米SnO2还原制备而成，具体为：将精制后的腐植酸加入0.5~1mol/L的NaOH溶液中，加热、搅拌至固体完全溶解；加入纳米SnO2，搅拌、加热使水分完全蒸发得到固体，将固体研磨至粉状；再在900-1000℃、N2和/或Ar的氛围中煅烧2-4h，离心、洗涤、干燥，即得。2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料Sn/C的制备方法，其特征在于，所述纳米SnO2的制备过程如下：将Na2SnO3·3H2O加入蒸馏水中，以Na2SnO3·3H2O计，加入1~5wt%的尿素，搅拌至固体完全溶解，加入无水乙醇，继续搅拌至呈现淡乳白色；再在150-170℃下反应24-36h，自然冷却至室温，离心、洗涤、真空干燥，得到纳米SnO2。3.如权利要求2所述的锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩桂洪，黄艳芳，刘炯天，杨淑珍，范桂侠，苏胜鹏，严朕，柴文翠，武宏阳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41