[发明专利]一种储能用锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种储能用锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明的储能用锂离子电池负极材料为核壳结构，其中纳米锡为核，石墨烯为壳。本发明的储能用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：纳米锡、氧化石墨烯、水混合均匀后进行水热反应，得纳米锡/氧化石墨烯复合材料；然后冷冻干燥，然后在惰性气氛中煅烧，即得。本发明的储能用锂离子电池负极材料作为锂离子电池负极活性材料使用时，锂离子电池的循环性能、充放电容量等都得到了优化，既充分保留了锡基材料比容量大的优点，又极大改善了锡基材料的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种储能用锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

目前，商品化的碳系负极材料由于其较低的比容量已经不能满足大功率、高能量新型锂离子电池的要求，因此开发高容量的新型负极材料成为研究重点之一。金属锡因具有更高的理论比容量(比容量能够达到994mAh·g^-1)而受到广泛关注。但是锡及其氧化物在作为负极活性材料使用时在循环过程中会产生很大的体积膨胀，从而使负极活性材料产生裂纹或粉化，极大的降低了电极的循环寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够改善锡材料的循环性能的储能用锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明的储能用锂离子电池负极材料采用的技术方案为：

一种储能用锂离子电池负极材料，该材料的结构为核壳结构，其中纳米锡为核，石墨烯为壳。

石墨烯为具有单原子层结构的二维平面纳米材料，具有较好的导电性和韧性。多层石墨烯堆叠在纳米锡表面形成核壳结构的锂离子储能材料，石墨烯的堆叠过程中层与层之间存在孔隙。在上述锂离子储能材料作为负极材料时，上述孔隙能够随着纳米锡体积的膨胀变大，为纳米锡提供容纳空间。由于石墨烯具有韧性，在纳米锡膨胀时表面的石墨烯对纳米锡产生一定的约束力，抑制纳米锡的膨胀；同时在纳米锡收缩时，石墨烯能够随纳米锡一起收缩，使得本发明的负极材料的结构稳定。因此本发明的负极材料有效缓解了锡的体积效应，具有较好的循环稳定性。

优选的，纳米锡与石墨烯的质量比为(5：1)～(20：1)。若石墨烯过多，则会降低材料的比容量；若石墨烯太少，则会降低材料的循环稳定性。优选的，石墨烯的厚度为1～5nm。

本发明的储能用锂离子电池负极材料的制备方法采用的技术方案为：

一种储能用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将纳米锡、氧化石墨烯、水混合均匀后进行水热反应，得纳米锡/氧化石墨烯复合；然后冷冻干燥，然后在惰性气氛中煅烧，即得。

纳米锡、氧化石墨烯、水混合过程中，氧化石墨烯与纳米锡均匀分散在水中，在水热反应过程中氧化石墨烯吸附在纳米锡表面，从而形成纳米锡/氧化石墨烯复合材料。然后采用冷冻干燥的方式进行干燥，冷冻干燥能够将纳米锡/氧化石墨烯复合材料中的水直接升华除去，干燥得到的粉体保持了原有的结构，并且有效避免了纳米锡/氧化石墨烯颗粒的团聚。煅烧过程中氧化石墨烯还原形成石墨烯，保证储能材料的导电性。

所用纳米锡与氧化石墨烯的质量比为(5～20):1。若制得的负极材料中碳量较大，则作为锂离子电池负极活性材料时会影响电池的容量；若碳量较小，则会影响电池的循环性能。当纳米锡与氧化石墨烯的质量比为(5～10):1时，氧化石墨烯的量相对较多，在水热反应过程中氧化石墨烯形成圆柱形气凝胶并将纳米锡包裹在内；当纳米锡与氧化石墨烯的质量比大于10：1且小于或等于20：1时，氧化石墨烯的质量较少，水热反应后得纳米锡/氧化石墨烯复合材料的悬浮液，过滤即得纳米锡/氧化石墨烯复合材料。优选的，所述纳米锡与氧化石墨烯的质量比为10：1。

为保证氧化石墨烯、纳米锡和水混合均匀，所述混合均匀的方式为超声混合，超声的频率为80～120kHz。

所述水热反应的温度为180～200℃，时间为10～14h。