[发明专利]一种多孔锡碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种多孔锡碳复合负极材料的制备方法及其由该方法制得的复合材料及其相应的电池。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、安全性高，自放电低、循环寿命长和无记忆效应等优点，被广泛应用于消费类和动力型电子产品。然而有限的锂资源储量及其高昂的材料成本为其广泛应用带来巨大的障碍。发展资源丰富、成本低廉和安全性高的先进电池体系，是解决未来新能源发展的必然出路。钠元素与锂处于同一主族，化学性质相似，电极电势也比较接近，而且钠的资源丰富，提炼成本也比锂低。如果用钠替代锂，开发出工作性能优良的钠离子电池，它将拥有比锂离子电池更大的竞争优势。目前常用的钠离子电池负极材料为硬碳材料，然而其理论比容量较低，循环寿命差，易于发生钠枝晶析出等问题，探寻高容量及优异循环性能的钠电极材料已成为目前电池领域的研究热点。

近年来，大量的研究已转向寻找可以替代碳材料的新型负极材料体系，锡基材料成为候选材料。锡基负极材料，不仅具有环境友好、较高的理论比容量(847mAh/g)，是硬碳类负极材料的数倍乃至数十倍，而且地壳中含量较丰富(地壳中丰度为2.2ppm)，被认为是高能量密度钠离子电池的理想负极材料。但是，锡基负极材料在嵌脱钠过程中的体积变化很大，极易引起电极粉化，结构塌陷，从而丧失电化学活性，导致其无法直接用作钠离子电池负极使用。为适应高比能量钠离子电池发展需要，必须发展新一代钠离子电池负极材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种低成本、工艺简单，适合大规模生产的多孔锡碳复合材料的制备方法；

本发明的目的之二在于提供所述方法制得的多孔锡碳复合材料；

本发明的目的之三在于提供所述多孔锡碳复合材料制得的负极；

本发明的目的之四在于提供包括所述多孔锡碳复合材料制得的负极的钠离子电池和锂离子电池。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种多孔锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

A.将氧化锡、碳源和碳酸盐按照计量比装入球磨罐，以200～400转/分钟球磨0.5～12小时，即得混合前驱体；

B.将前驱体置于流动惰性气氛于管式炉等装置中，以2～5℃/分钟升温速率升温至500～1000℃，保温1～6小时，随炉冷却至室温；

C.得到的煅烧产物洗涤数次，在50～100℃烘干，即得所述多孔锡碳负极材料。

较佳地，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸锂中的一种或两种组合物。

较佳地，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、乙炔黑、导电炭黑、石墨中一种或多种组合物。

较佳地，所述锡碳复合材料中锡占比例为20～95％。

较佳地，所述煅烧产物通过离心或者过滤方式洗涤数次，所用溶剂为水、乙醇、甲醇中的一种或多种。

一种电池负极，包括所述制备方法制得的多孔锡碳复合材料。

一种钠离子电池，包含了所述高容量多孔锡碳负极。

一种锂离子电池，包含了所述高容量多孔锡碳负极。

本发明利用简单的球磨-煅烧-烘干制备多孔锡基复合负极材料，一方面，由于本发明采用氧化锡，其中碳与氧化锡的氧化还原反应，因此相对于纯相单质作为原材料所得到的材料混合更均匀，不易有杂质出现，且最终能合成的材料为多孔的碳包覆锡复合材料。另一方面，采用的碳源为蔗糖、葡萄糖、乙炔黑、导电炭黑、石墨，这些原材料在自然界中分布广泛，价格低廉，绿色环保；同时采用多种碳源(蔗糖、葡萄糖、乙炔黑、导电炭黑、石墨)来还原氧化锡，可以得到原位包覆的锡碳复合材料。尤其是引入碳酸盐(碳酸钠、碳酸锂)，利用其在前驱体高温反应过程中分解二氧化碳气体并用水洗除去分解产物氧化物，使得最终锡碳复合材料达到多孔的结构。尤其是将其作为钠离子电池的负极材料，由于其具有多孔结构，使其在嵌脱钠过程中的体积变化不大，不会引起电极粉化，结构塌陷，从而丧失电化学活性。能直接用作钠离子电池负极使用，适应高比能量钠离子电池发展需要。当然，也可以作为锂离子电池的负极使用。

附图说明

图1为本发明所述多孔锡碳复合材料首次充放电性能图。

具体的实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明。

实施例1

多孔锡碳复合材料的制备方法，包含如下制备步骤：