一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术创造提供了一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法，所述负极材料的结构为以Si颗粒为支撑体、锡或锡氧化物为夹层、高分子树脂裂解碳为最外层包覆层的三明治结构。本发明专利技术创造所述的负极材料的比容量达到400mAh/g至880mAh/g，并具有优异循环性能。并具有优异循环性能。并具有优异循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池负极材料领域，尤其是涉及一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于各种便携式电子设备与新能源汽车的高速发展，迫切需要提高电池材料的能量密度。锂离子电池已经成为移动电池市场的主力，而含碳负极材料又是锂离子电池负极材料领域的主力。但商业化的含碳锂离子电池理论容量仅为372 mAh g
‑1，对于现如今快速发展的移动电源来说已经稍显不足。随着学者们研究领域的扩展，硅基与锡基锂离子电池负极材料成为了锂离子电池研究的热点和重点。锡及其氧化物作为锂电池负极材料具有更高的体积比能量与质量比能量，Sn、SnO、SnO2理论比容量分别可达996 mAh g
‑1、880 mAh g
‑1和782 mAh g
‑1。Si的理论比容量高达4200 mAh g
‑1且具有低脱嵌锂电位的优点，但是硅基与锡基锂离子电池负极材料在充电时其体积变化率高达300%，导致电池充放电时负极材料易粉化，对电极结构造成不可逆的损害，电池性能将大幅下降。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种锂离子电池用高容量负极材料，所述负极材料的结构为以Si颗粒为支撑体、锡或锡氧化物为夹层、高分子树脂裂解碳为最外层包覆层的三明治结构；所述锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将纳米Si、SnCl4•
5H2O混合均匀之后在温度为120℃
‑
200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12
‑
18h后得到复合粉末；S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃
‑
60℃的温度下超声溶解，得到树脂
‑
醇溶液；S3：在20℃
‑
60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂
‑
醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃
‑
100℃的温度条件下进行干燥处理12
‑
24h，得到高分子树脂为包覆层的复合物；S4：将复合物进行研磨后，以0.1℃/min
ꢀ‑
5℃/min的升温速率升温至500℃
‑
900℃，保温2
‑
4小时进行碳化处理，将碳化后的产物研磨得到最终产物。
[0005]一种锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将纳米Si、SnCl4•
5H2O混合均匀之后在温度为120℃
‑
200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12
‑
18h后得到复合粉末；S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃
‑
60℃的温度下超声溶解，得到树脂
‑
醇溶液；
S3：在20℃
‑
60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂
‑
醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃
‑
100℃的温度条件下进行干燥处理12
‑
24h，得到高分子树脂为包覆层的复合物；S4：将复合物进行研磨后，以0.1℃/min
ꢀ‑
5℃/min的升温速率升温至500℃
‑
900℃，保温2
‑
4小时进行碳化处理，将碳化后的产物研磨得到最终产物。
[0006]优选的，所述步骤S4中升温至800℃
‑
900℃。
[0007]优选的，所述步骤S1中纳米Si与SnCl4•
5H2O的质量比为（0.1
‑
10）：1，更优选为（0.5
‑
5）：1。
[0008]优选的，所述高分子树脂为酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚戊二酸丙二醇酯中的一种或几种。
[0009]优选的，所述的醇溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种。
[0010]优选的，所述步骤S2中高分子树脂与醇溶剂的质量比为（0.01
‑
1）：1。
[0011]优选的，所述步骤S3中复合粉末与树脂
‑
醇溶液中高分子树脂的质量比为（0.5
‑
1.5）：1。
[0012]优选的，所述步骤S4中研磨后的复合物转移到管式炉中，在保护气体下进行碳化处理，研磨时间为2
‑
4小时。
[0013]更优选的，所述保护气体为氩气或氮气。
[0014]优选的，所述步骤S3中复合粉末加入至树脂
‑
醇溶液后采用机械搅拌或磁力搅拌使复合粉末分散均匀。
[0015]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含上述负极材料。
[0016]相对于现有技术，本专利技术创造具有以下优势：（1）本专利技术所述的负极材料以Si颗粒为支撑体，锡或锡氧化物为夹层，酚醛树脂裂解碳为最外层的新型三明治结构负极材料。将纳米硅以及与碳进行有效复合，以缓冲充放电过程中硅颗粒的体积变化，改善Si的导电性，避免硅在充放电过程中的团聚现象。负极材料中适量加入锡与锡的氧化物填充硅碳之间的空隙，增强材料的导电性和振实密度，提高负极的材料电化学性能。酚醛树脂裂解碳在一定程度上还能够缓冲锡氧化物与硅混合物的体积膨胀，同时促进锂离子和电子的扩散速率，比容量达到400mAh/g至880mAh/g，并具有优异循环性能的新型包覆结构负极材料。
[0017]（2）本专利技术所述的负极材料的制备方法中原料绿色环保，工艺流程简单易控，属于环境友好型绿色工艺，能够大规模生产和推广。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的实施例1制得的负极材料的SEM照片；图2是本专利技术的实施例2制得的负极材料的SEM照片；图3是本专利技术的实施例3制得的负极材料的SEM照片；图4是本专利技术的实施例4制得的负极材料的SEM照片；图5是本专利技术的实施例5制得的负极材料的SEM照片；图6是本专利技术的对比例1制得的负极材料的SEM照片；图7是本专利技术的实施例1制得的负极材料的电化学性能图；
图8是本专利技术的实施例2制得的负极材料的电化学性能图；图9是本专利技术的实施例3制得的负极材料的电化学性能图；图10是本专利技术的实施例4制得的负极材料的电化学性能图；图11是本专利技术的实施例5制得的负极材料的电化学性能图；图12是本专利技术的实施例6制得的负极材料的电化学性能图；图13是本专利技术的实施例7制得的负极材料的电化学性能图；图14是本专利技术的实施例8制得的负极材料的电化学性能图；图15是本专利技术的实施例9制得的负极材料的电化学性能图；图16是本专利技术的实施例10制得的负极材料的电化学性能图；图17是本专利技术的实施例11制得的负极材料的电化学性能图；图18是本专利技术的实施例12制得的负极材料的电化学性能图；图19是本专利技术的实施例13制得的负极材料的电化学性能图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用高容量负极材料，其特征在于：所述负极材料的结构为以Si颗粒为支撑体、锡或锡氧化物为夹层、高分子树脂裂解碳为最外层包覆层的三明治结构；所述锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将纳米Si、SnCl4•
5H2O混合均匀之后在温度为120℃
‑
200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12
‑
18h后得到复合粉末；S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃
‑
60℃的温度下超声溶解，得到树脂
‑
醇溶液；S3：在20℃
‑
60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂
‑
醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃
‑
100℃的温度条件下进行干燥处理12
‑
24h，得到高分子树脂为包覆层的复合物；S4：将复合物进行研磨后，以0.1℃/min
ꢀ‑
5℃/min的升温速率升温至500℃
‑
900℃，保温2
‑
4小时进行碳化处理，将碳化后的产物研磨得到最终产物。2.权利要求1所述的锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将纳米Si、SnCl4•
5H2O混合均匀之后在温度为120℃
‑
200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12
‑
18h后得到复合粉末；S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃
‑
60℃的温度下超声溶解，得到树脂
‑
醇溶液；S3：在20℃
‑
60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂
‑
醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃
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【专利技术属性】
技术研发人员：张波，孙斌，李德军，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：