一种锂离子电池负极材料β-SnSb/HCS/C及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料β

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料
β
‑
SnSb/HCS/C及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池相较于其他二次电池来说，由于其比容量高、充电效率高、温度特性良好、自放电率低、充电热效应小和无记忆效应等优点，在各种便携式电子产品、电动汽车等领域得到了广泛应用，在当今社会受到了广泛的关注，具有十分光明的应用前景。而锂离子电池的性能由其电极材料的性能、电解液性能和电池结构等因素决定，其中电极材料直接决定了锂电池的容量以及循环寿命。尽管目前普遍使用的石墨负极材料已经接近其理论比容量(372mAh/g)，但仍满足不了人类社会对高能量密度和环保型二次电池日益增长的需求。现有的低容量负极材料已逐渐成为提升锂离子电池能量密度的制约因素之一。
[0003]硅基、锡基和锑基负极材料均有较高的充放电比容量。锡的理论嵌锂比容量为994mAh/g，是商业化石墨碳材料理论比容量3倍。Sn与Li合金化最终产物Li
22
Sn5，嵌锂电位在0.3
‑
0.6V之间，避免了锂枝晶的生成，但是由于在嵌/脱锂过程中，金属Sn单质有较为明显的体积效应，同时Sn与锂形成合金后韧性变差，使得锂离子难以脱出，且在嵌/脱锂过程中活性物质易发生粉化、脱落，最终与集流体失去电接触而失活，所以直接将金属Sn作为锂离子电池负极材料受到了极大的限制。金属锑的理论比容量为660mAh/g，其嵌/脱锂电压平台为0.8V左右，能提供比较稳定的工作电压和较高的充放电比容量，锑金属作为锂离子电池负极材料同样面临严重的体积膨胀问题，不可逆容量大，首效低，循环稳定性差，同样限制了其在锂离子电池负极材料中的应用。
[0004]锡锑合金同时具有锡基负极材料和锑基负极材料的优点，具有前者较高的比容量和后者稳定的电压平台。不同的嵌/脱锂电位使得两种材料在充放电过程中能够互为缓冲基体，在提高材料的充放电比容量的同时，增强了材料的循环稳定性。但是这种合金材料在制备过程中会有锡氧化物和锑氧化物生成而造成不可逆容量的增加，使其首效降低。
[0005]硬碳材料在1.5
‑
0V的电压区间内显示出200
‑
600mAh/g的高比容量，而硬碳的电位主要由两种状态组成：1.0
‑
0.1V的比容量约为150
‑
250mAh/g的倾斜状态，以及比容量约为100
‑
400mAh/g的平稳区域。而且硬碳材料并没有明显的嵌锂/脱锂电位，所以在充放电的过程中不会存在负极析锂的情况发生。从微观角度出发，锂离子进入硬碳时，主要存储在硬碳的孔状结构中，并不是类似石墨的层状结构。硬碳材料的倍率性能优异，缺点是首效偏低，振实密度低。所以制备高首效高振实密度的理想硬碳材料是具有重大意义的。其中，球形硬碳材料是理想的。但是，球形硬碳材料难以通过有机或聚合物前驱体的直接热解来制备。

技术实现思路

[0006]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C及其制备方法。
[0007]本专利技术提出的一种锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C，是将β
‑
SnSb合金和球形硬碳共混后，再在其表面包覆一层碳层得到的。
[0008]优选地，所述β
‑
SnSb合金和球形硬碳的质量比为1：5
‑
10。
[0009]本专利技术还提出了上述锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、HCS制备：配制碳源水溶液，向其中加入脱水剂搅拌反应，待溶液中出现胶状物后，继续加入脱水剂并升温，搅拌反应，降至室温，过滤，真空干燥，然后炭化处理，得到球形硬碳材料HCS；
[0011]S2、β
‑
SnSb制备：将NaBH4溶于NaOH溶液中，得到碱性NaBH4溶液；将锡源、锑源溶于水中，得到金属离子溶液，超声分散，然后滴加到碱性NaBH4溶液中，搅拌，水浴反应，过滤，洗涤，干燥，得到β
‑
SnSb合金；
[0012]S3、β
‑
SnSb/HCS制备：在惰性气氛下，将球形硬碳材料HCS和β
‑
SnSb合金混合研磨，得到β
‑
SnSb/HCS复合材料；
[0013]S4、β
‑
SnSb/HCS/C制备：将包覆碳源与β
‑
SnSb/HCS复合材料混合，在惰性气氛下进行高温炭化反应，在β
‑
SnSb/HCS复合材料表面包覆一层碳层，得到β
‑
SnSb/HCS/C复合材料。
[0014]优选地，S1中，碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖中的一种或一种以上；脱水剂为乙醇、丙酮、甘油、正丁醇、叔丁醇中的一种或一种以上。
[0015]优选地，S1中，脱水剂的加入量为碳源水溶液体积的12
‑
18vt％；脱水剂前后两次加入的质量比为1：1.8
‑
2.5；第二次加入脱水剂后升温至380
‑
420℃搅拌反应1
‑
2h。
[0016]优选地，S1中，炭化处理是在惰性气氛下，以2
‑
3℃/min升温至800
‑
1000℃，保持12
‑
20h。
[0017]优选地，S2中，锡源为SnCl2·
2H2O，锑源为SbCl3，金属离子溶液的浓度为0.07
‑
0.15mol/L，n
Sn
：n
Sb
＝1：1；碱性NaBH4溶液的pH为9
‑
12，溶液中NaBH4的浓度为0.07
‑
0.15mol/L；优选地，水浴反应的反应温度为80
‑
90℃、反应时间为4
‑
6h。
[0018]优选地，S3中，HCS和β
‑
SnSb的质量比为5
‑
10：1。
[0019]优选地，S4中，包覆碳源为煤沥青、石油渣油沥青、中间相沥青、聚丙烯腈、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或一种以上；优选地，包覆碳源的加入量为β
‑
SnSb/HCS复合材料质量的5
‑
8wt％。
[0020]优选地，S4中，炭化反应是在惰性气氛下，以2
‑
3℃/min升温至1000
‑
1200℃，保温10
‑
20h。
[0021]有益效果：本专利技术通过水热法制备纳米级球形硬碳HCS，通过化学还原共沉淀法制备β
‑
SnSb纳米合金材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C，其特征在于，是将β
‑
SnSb合金和球形硬碳共混后，再在其表面包覆一层碳层得到的。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C，其特征在于，所述β
‑
SnSb合金和球形硬碳的质量比为1：5
‑
10。3.如权利要求1或2所述的锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、HCS制备：配制碳源水溶液，向其中加入脱水剂搅拌反应，待溶液中出现胶状物后，继续加入脱水剂并升温，搅拌反应，降至室温，过滤，真空干燥，然后炭化处理，得到球形硬碳材料HCS；S2、β
‑
SnSb制备：将NaBH4溶于NaOH溶液中，得到碱性NaBH4溶液；将锡源、锑源溶于水中，得到金属离子溶液，超声分散，然后滴加到碱性NaBH4溶液中，搅拌，水浴反应，过滤，洗涤，干燥，得到β
‑
SnSb合金；S3、β
‑
SnSb/HCS制备：在惰性气氛下，将球形硬碳材料HCS和β
‑
SnSb合金混合研磨，得到β
‑
SnSb/HCS复合材料；S4、β
‑
SnSb/HCS/C制备：将包覆碳源与β
‑
SnSb/HCS复合材料混合，在惰性气氛下进行高温炭化反应，在β
‑
SnSb/HCS复合材料表面包覆一层碳层，得到β
‑
SnSb/HCS/C复合材料。4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C的制备方法，其特征在于，S1中，碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖中的一种或一种以上；脱水剂为乙醇、丙酮、甘油、正丁醇、叔丁醇中的一种或一种以上。5.根据权利要求3或4所述的锂离子电池负极材料β
‑
SnSb/HCS/C的制备方法，其特征在于，S1中，脱水剂的加入量为碳源水溶液体积的12
‑
18vt％；脱水剂前后两次加入的质量比为1：1.8
‑
2.5；第二次加入脱水剂后升温至380...

【专利技术属性】
技术研发人员：史鑫磊，林少雄，蔡桂凡，王叶，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：