[发明专利]一种锂离子负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子技术领域，具体地涉及一种锂离子负极材料的制备技术。

背景技术

近年来，碳基材料由于高的比表面积大的孔容，优异的电子导电性和稳定的物理化学性质等优势在超级电容器电极材料方面引起了研究工作者的广泛兴趣。纯碳材料具有双电层超级电容特性，通过电解质离子在电极表面的静电吸附来储存电荷。根据双电层电容器的储电机理可知，在极化的双电层表面累积电荷的多少与电极材料的比表面积、孔径和孔容有密切的关系。比表面积和孔径大小对储电性能的影响已经被深入研究。碳材料的比表面积和比容量并非正比例的关系，有一部分微孔不能渗入离子，因此微孔部分产生的比表面积对比容量的影响不大。有研究表明，微孔、介孔和大孔组合的多级孔结构有利于电极材料电容特性的充分发挥。介孔和大孔可以缩短离子的传输路径，减少离子在电极材料中的扩散阻力，而微孔可以提供足够多的反应活性位点以获得高的电荷储存密度。因此，制备具有多孔多级结构的碳材料对提升电极材料的双电层电容性能具有积极的意义。

造孔常用的方法是活化法，主要采用蒸汽、C0₂,KOH,ZnCl₂和H₃P0₄等进行活化，使得所得到的材料具有大量的微孔和中孔。另一个办法是在前躯体中引入模板对碳材料进行造孔。然而，后处理都是必须的，一般均会用到有毒或者腐蚀性的试剂，比如NaOH,HF等，去除模板进行造孔。另外，在碳表面引入能产生鹰电容的介质，通过在这些位点上发生法拉第反应而储存更多的电荷。引入的这类杂原子(比如N,B和P)对碳材料储电性能的影响己经被大量研究。近期研究发现碳材料中引入S原子可以形成硫矾、二甲亚矾，这对比容量的提升具有积极的影响，Bandosz等证实了S掺杂的C或者石墨烯复合物具有较好的比容量特性(178F·g^-1at 0.05A·g^-1)。含硫聚合物，比如聚二乙烯苯和聚唆吩被用来制备S掺杂的炭材料，研究者们研究了前躯体中的S 桥键对电极材料孔结构和电容特性的影响。然而，这类方法的合成过程都很复杂，通常还需要活化后处理来优化孔结构。更重要的是，所得到的电极材料的倍率性能和循环稳定性还有待于提升。

发明内容

为此，本发明针对以上现有技术的不足,提供一种锂离子负极材料的制备方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：

一种锂离子负极材料的制备方法，包括：

a.将五水四氯化锡、硫脲、葡萄糖和蒸馏水在室温下混合，搅拌后，混合溶液在微波水热加热到180-220℃；

b.冷却到室温，将褐色沉淀离心分离并清洗数遍后真空干燥得到中间体炭基二氧化锡；

c.再将上述中间体在氮气气氛下以缓慢加热到750-850℃，焙烧得到的S 掺杂炭材料即可作为锂离子负极材料。

优选地，步骤a中在混合溶液在微波水热加热到180-220℃后还包括一保温步骤。

优选地，步骤c中缓慢加热的升温速率2℃/min。

本发明的有益效果是：本发明的锂离子负极材料的制备方法具有工艺简单无需活化后处理的优点，其通过微波水热获得Sn0₂@C复合物，随后在含S 气氛中，Sn0:被炭基质原位还原成SnS，最后SnS在氮气气氛中800℃汽化去除。在炭基质中掺杂硫均匀分布，并与C材料中的O,C原子结合形成新的官能团。与纯炭材料相比，S掺杂的炭材料基本构筑单元尺寸显著减小，介孔和中孔比例，电子导电性、表面极性和用于参与法拉第反应的活性位点增加，使得S掺杂炭材料具有高的比容量(0.5A·g^-1的电流密度下，比容量为443Fg^-1) 和良好的倍率性能(20A·g^-1电流密度下，比容量为284F·g^-1)。此外，该材料还表现出稳定的循环性能，在10A·g^-1的电流密度下循环8000圈比容量保持为305士10F·g^-1。

附图说明

图1为纯C和S掺杂两个样品在扫速为100mV·s^-1时的CV曲线图；

图2为实施例3纯炭和S掺杂炭材料作为电极材料的奈奎斯特曲线图。

具体实施方式

下面，结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1，S掺杂多孔炭材料的制备