[发明专利]一种复合包覆的纳米锡负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合包覆的纳米锡负极材料，其包括：锡基纳米材料、包覆在所述锡基纳米材料表面的纳米铜层以及包覆在所述纳米铜层表面的导电保护层。所述纳米铜层能抑制纳米锡的体积膨胀并保持纳米锡材料不破裂、避免纳米锡与电解液的直接接触，形成稳定的SEI、增加电极的导电性。在纳米铜层表面再包覆一层导电层能有效地抑制纳米铜的氧化，从而提高其电化学性能。本发明的复合包覆纳米锡负极材料用作锂离子电池负极材料，具有优异的电化学性能，在便携式移动设备及电动汽车方面具有潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种复合包覆的纳米锡负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有电压高、能量密度大、安全性好、质量轻、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，因而被世界广泛关注。锂离子电池电极材料也己成为全世界电池界研究的热点。石墨是目前己经商品化的锂离子电池的负极材料，它具有良好的循环性能。但是石墨的容量较低，且其储锂后电极电位与金属锂相近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，形成枝晶而引起短路等缺点。

锡基材料因为其容量高，加工性能好、导电性好、不存在溶剂共嵌入问题、具有快速充放电能力等，被人们认为是有可能代替碳负极材料的候选者之一。但是Li-Sn合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化，容易造成锡颗粒的粉化，引起活性材料从集流体脱落，导致锡基材料循环寿命较差。同时，当锡颗粒裸露于电解液中，在锡表面会形成不稳定的SEI膜，降低了电极材料的循环性能。因此若能解决锡负极在嵌脱锂过程的粉化，导电性及形成不稳定的SEI等问题，为锡负极在电子产品和新能源汽车领域的应用铺平道路，将有利于改善人们的生活和环境。这是锡基材料需要克服的最大问题。

为解决锡负极在嵌脱锂过程的粉化，SEI不稳定等问题，人们普遍采用表面包覆的方法来提高锡负极材料的循环性能。一方面，纳米锡可以减小锂离子嵌入引起的锡颗粒的绝对体积变化，减小复合材料的内应力；另一方面，在纳米锡表面包覆导电性良好的材料就会增加其导电性，同时又避免了锡与电解液的直接接触，从而形成的稳定的SEI膜。

发明内容

因此，本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种可提高锡负极材料电化学循环特性的锂离子负极材料及其制备方法和应用。

本发明提供了一种复合包覆的纳米锡负极材料，其包括：锡基纳米材料、包覆在所述锡基纳米材料表面的纳米铜层以及包覆在所述纳米铜层表面的导电保护层。

在本发明提供的纳米锡负极材料中，所述纳米铜层可以缓解锡基纳米材料的体积膨胀，并且具备良好的可塑性。

根据本发明提供的纳米锡负极材料，其中，所述锡基纳米材料可以为锡纳米材料、锡碳纳米材料和锡合金纳米材料中的一种或多种。所述纳米材料可以为纳米颗粒、纳米线、纳米片等形式。其中，在所述锡碳纳米材料和所述锡合金纳米材料中，锡的重量百分比含量可以为10％～90％。其中，所述锡合金可以选自锡锑合金、锡硅合金、锡银合金和锡铜合金等合金中的一种或多种。

所述锡基纳米材料中：纳米颗粒的粒径可以为5～1000nm，优选为20～300nm；纳米线的长度可以为10～5000nm，直径可以为5～1000nm，优选的长度为100～2000nm，直径为20～300nm；纳米片的长宽可以分别为10～5000nm，厚度可以为1～500nm，优选长宽分别为100～2000nm，厚度为1～100nm。所述的纳米铜层可以为纳米铜微粒或具有纳米厚度的铜包覆层。所述铜微粒的粒径可以为0.5～100nm，优选为1～20nm；所述铜包覆层的厚度可以为0.5～100nm，优选为1～50nm。

为了避免锡与铜形成合金，在本发明优选地实施方案中，在所述锡基纳米颗粒和所述纳米铜层之间还可以具有碳层，所述碳层的厚度可以为1～50nm，优选为5～20nm。

根据本发明提供的纳米锡负极材料，其中，所述导电保护层的厚度可以为1～100nm，优选为2～20nm。