[发明专利]一种负载十字针状氧化锡的膨胀石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载十字针状氧化锡的膨胀石墨负极材料及其制备方法。所述制备方法(1)主要由膨胀石墨分散、(2)锡盐和结构导向剂混合溶液的配制、(3)锡盐和结构导向剂混合溶液的滴加、(4)回流、(5)硼氢化钠碱性溶液还原、(6)过滤洗涤、(7)中温煅烧，制得的氧化锡的膨胀石墨负极材料具备特殊的形貌结构，具备优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，尤其涉及一种负载十字针状氧化锡的膨胀石墨负极材料，以及这种材料的制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等不可再生能源的频频告急，能源问题是人类跨入 21世纪面对的严峻的问题，开发新能源和可再生清洁能源显得至关重要。锂离子电池与传统的二次电池相比，具有工作电压高、比能量大、放电电压平稳、循环寿命长、以及无环境污染等突出优点，已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等小型轻量化电子装置。同时也是未来混合动力汽车和纯动力汽车的首选电源。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，目前商品化使用的锂离子电池负极材料主要是炭类负极材料。它具有高比容量(200～400mAh/g)、低电极电位(＜ 1.0VvsLi+/Li)、高循环效率(＞95％)以及长循环寿命等优点。炭类负极材料中有中间相碳微球(MCMB)、石墨以及无定形碳，其中，石墨材料理论嵌锂容量高、导电性好、具有良好的层状结构，是近年来锂电池研究的重点之一。石墨材料可以分为人造石墨和天然石墨两种，天然石墨具有比表面积大、比容量高、首次效率高等优点，但是在充、放电过程中容易造成溶剂的共插入，从而导致它的循环性能差。人造石墨相对于天然石墨的石墨化度较低，但是其具有倍率性能好、与电解液兼容性好并且循环稳定性能好的优点，因此成为近年来的研究热点。

但由于现有技术的限制，当前的人造石墨并不能大幅提高锂电池能量密度。为了提高锂电池的能量密度，锡基、硅基以及过渡金属因具备较高的理论容量，成为负极材料研究的主流。然而，这些材料在嵌锂/脱锂过程中体积膨胀收缩变化明显，材料的内应力大，在反复充放电后材料易发生破裂，从集流体上脱落，活性物质的含量下降，从而导致材料的循环性能变差。寻找一款高效、稳定的新型电极材料，成为当前锂电池负极材料领域继续解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是：解决现有技术中锂电池负极材料能量密度不够高，充放电循环性能差的技术问题，本发明提供了一种新型的锂电池负极材料及其制备方法，该负极材料具备特殊的形貌，即膨胀石墨表面负载的氧化锡具备十字针状结构。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种负载十字针状氧化锡的膨胀石墨负极材料，其特征在于：包括膨胀石墨和氧化锡，所述氧化锡呈十字针状分布在膨胀石墨表面。

作为本发明改进的技术方案，所述氧化锡与膨胀石墨的理论质量比为 1:20～1:5。

作为本发明改进的技术方案，所述负极材料的密度为0.164～0.518g/cm³，比表面积为100～230m²/g。

本发明还提供了负载十字针状氧化锡的膨胀石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将膨胀石墨浸入水中，搅拌10min～2h，得到膨胀石墨悬浊液；

S2，配制含锡盐溶液，然后在含锡盐溶液中加入结构导向剂，溶解；

S3，将含有结构导向剂的含锡盐溶液缓慢滴加到膨胀石墨悬浊液中；

S4，将S3处理后的膨胀石墨悬浊液加热回流0.5～2h，冷却至室温；

S5，在S4处理后的悬浊液中滴加过量的硼氢化钠碱性溶液，搅拌2～5h，制得含锡氧化物与膨胀石墨的复合材料；

S6，过滤洗涤S5制得的含锡氧化物与膨胀石墨的复合材料，直至滤液的 pH至为中性；