[发明专利]一种负极材料的制备方法及电池

说明书

本发明提供一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）提供前驱体溶液，所述前驱体溶液中包括四氯化锡和氟化铵；（2）提供预处理的衬底材料；（3）将所述衬底材料浸泡至所述前驱体溶液中；（4）取出所述衬底材料，在预处理的衬底材料表面进行氟掺杂二氧化锡样品的生长；（5）将步骤（4）获得的样品放置在CVD炉中进行表面原位石墨烯生长，获得在衬底材料表面生长的氟掺杂二氧化锡/石墨烯材料。本发明在在二氧化锡合成时通过进行氟掺杂使二氧化锡具有导电性，然后进一步在氟掺杂的二氧化锡表面进行石墨烯原位生长，进一步改善二氧化锡导电性的同时抑制其膨胀，为二氧化锡负极的研究和运用提供重要的参考和借鉴。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，特别是涉及一种负极材料以及包含这种负极材料的电池。

背景技术

随着储能技术的快速发展，特别是在“双碳政策”条件下锂离子动力电池得到快速发展，锂离子电池的高容量、快充性能备受关注。相比负极材料锂离子电池高容量正极材料如高镍三元材料发展较为成熟，高容量负极材料研发较为缓慢。传统的石墨类负极理论嵌锂容量为372mAh/g，而硅基、锡基、过渡金属氧化物等新兴负极材料具有较高的嵌锂容量，其中二氧化锡理论嵌锂容量容量高达782mAh/g，是较为理想的下一代高容量负极材料之一。但二氧化锡作为负极材料存在两点缺陷：导电性差、体积膨胀（-300%），这也是锡基材料作为负极材料运用面临的两大痛点。

发明内容

针对上述问题，提供一种负极材料的制备方法，以二氧化锡作为活性物质材料，通过氟掺杂和二氧化锡表面原位石墨烯生长修饰改善二氧化锡材料导电性，抑制其体积膨胀。通常而言锡基氧化物作为负极材料与锂的反应方程式为：

SnO₂+4Li⁺→Sn+2Li₂O

Sn+xLi⁺+xe^-→Li_xSn（0≤x≤4.4）

二氧化锡与锂反应时第一步是将二氧化锡中的Sn⁴⁺被锂还原取代生成金属锡和氧化锂，第一阶段反应属于不可逆的还原取代反应，第二步反应是生成的金属锡与锂发生合金化反应，此阶段反应是可逆容量的主要来源，但金属锡与锂发生合金化反应过程中会发生较大的体积变化从而影响到电池的循环性能。在二氧化锡合成时通过进行氟掺杂使二氧化锡具有导电性，改善二氧化锡的本征导电性，然后进一步的通过化学气相沉积法在氟掺杂的二氧化锡表面进行石墨烯原位生长，原位生长的石墨烯不仅进一步的提高二氧化锡的导电性同时起到一定的抑制其体积膨胀的作用，此外，在石墨烯原位成长过程中高温氛围下的碳原子对二氧化锡表面锡原子具有还原作用，锂离子可与表面还原的锡直接合金化，在一定程度上再次压制了体积膨胀。该种负极材料的制备方法如下：

（1）提供前驱体溶液，所述该种前驱体溶液中包括四氯化锡和氟化铵，优选的，所述四氯化锡的质量分数为10-30%，所述氟化铵的质量分数为0.01-0.05%，该质量分数区间的氟化铵添加可实现对氧化锡的氟掺杂，使不导电的氧化锡形成可导电的氟掺杂氧化锡，提高负极主材导电性；此外，氟的掺杂有利于在SEI膜形成过程中提供氟源，减少电解液组分中氟源损耗和减少电解液中含氟组分的分解，保证电解液功效。典型但非限制性的，所述四氯化锡的质量分数为10%、15%、20%、25%、30%，所述氟化铵的质量分数为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%。

（2）提供预处理的衬底材料，所述衬底材料是为表面原位石墨烯生长的氟掺杂二氧化锡提供生长基底。

优选的，所述衬底材料为碳纤维布，所述预处理是指将碳纤维布放入0.5-2M的硝酸溶液中浸泡10-24h，浸泡结束后取出使用去离子水将所述碳纤维布洗涤至PH值为中性，为了使碳纤维布浸泡更充分，可以选择将其放置在50-80℃的加热平板中进行浸泡。通过硝酸对碳纤维布进行预处理，能够使得碳纤维布基底具有更加理想的负载能力，同时，采用碳纤维布作为衬底材料，无需像传统负极材料一样进行涂布便可直接作为薄膜负极来使用。