[发明专利]一种锂离子电池用三维Co3

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，涉及一种锂离子电池用三维Co₃Sn₂/SnO₂复合负极材料及其制备方法，主要分为钴/锡前驱体和固化烧结两个关键制备部分，即利用泡沫金属为模板，通过钴/锡前驱体混合浸润，再经过低温固化高温烧结的方法制备锂离子电池用三维Co₃Sn₂/SnO₂复合负极材料。本发明具有独一无二的三维结构，不仅为锂离子和电子通过多孔结构提供了快速的传输通道，还拥有高导电性能的铜基体和嵌入式Co纳米颗粒，从而提高了材料整体的导电能力。本发明操作流程简单，成本低廉，组装电池不需要任何导电剂和添加剂。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用三维Co₃Sn₂/SnO₂复合负极材料及其制备方法。

背景技术

泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。通过其独特的结构特点，泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。泡沫金属的孔隙度常常达到90％以上，并且是具有一定强度和刚度的多孔金属。这类金属孔隙度高，孔隙直径可达至毫米级。它的透气性很高，几乎都是连通孔，孔隙比表面积大，材料容重很小。泡沫金属在石油化工、航空航天、环保中用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。将目标产物附着在多孔体上的金属，经烧结使沉积组分连接成整体，强度达到要求的高孔隙泡沫金属，孔隙度高，使用中可以填充更多的物质，如催化剂、电解质等。

锡钴合金负极材料(包括CoSn、CoSn₂、CoSn₃、Co₃Sn₂等)是近年来研究最为广泛的一种锡基合金负极材料之一，作为锂离子电池负极材料，该材料具有较高的理论储锂容量，作为锂离子电池负极材料具有良好的应用前景。以往的研究表明，锡钴合金负极材料的电化学性能主要受Sn/Co比例、活性材料结晶形态、颗粒尺寸和电极结构等因素影响。公开号为CN102299302A的发明专利公布了一种锂离子电池锡钴合金负极材料的水热制备方法，工序繁琐，而且循环性能较差。

SnO₂负极材料被广泛认为是最有前景的下一代锂离子电池负极材料，它不仅是环境友好型材料，而且具有商业石墨负极(372mAh/g)材料两倍以上的理论容量(790mAh/g)，具有较高的电导率(～21.1Ω/cm)以及较高电子迁移率 100-200cm²/(V·S)，在高性能锂离子电池特别是动力锂离子电池中具有很大的潜在应用价值。然而，SnO₂负极材料并不能充分的应用在实际中。其一是其本身电子导电性较差，这就导致了SnO₂与Li之间发生不可逆的转化反应，大大降低了首次库伦效率，即使其还原产物金属Sn也存在导电性较差的缺点；其二是与其他过渡族金属氧化物一样，在脱嵌锂过程中会产生较大的体积变化，这会导致活性材料粉、聚集、分层和脱落，最终导致电池容量的大幅度减弱，降低锂离子循环寿命。

公开号为CN103531747B的发明专利公布了一种碳包覆二氧化锡超微粉体锂离子电池负极材料的制备方法，在一定条件下将锡的前驱体和长链脂肪酸溶解于高沸点溶剂中，再高温烧结制得高结晶度、单分散的SnO₂纳米晶体，提纯后在氮气氛围中煅烧后得到碳包覆二氧化锡超微粉体。此方法工序过于繁杂，对设备精确度要就较高，很难实现产业化。

公开号为CN105576223A的发明专利公布了一种具有高可逆容量的氧化锡基负极材料及其制备方法，通过球磨得到SnO₂、过渡金属和石墨材料三种材料复合的粉体材料。该方法工序时间较长，而且没能有效解决循环之后体积膨胀问题。

发明内容