[发明专利]一种低温锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高性能锂离子电池低温负极材料‑‑非晶锡/碳纳米管复合物。本发明所述复合材料是由SnOsubgt;2/subgt;经硼氢化钠还原后与碳纳米管复合所得，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。所述非晶锡/碳纳米管复合物中Sn纳米颗粒30~70 nm，碳纳米管直径30~50 nm，长度2~10μm。本发明作为锂离子电池低温负极材料，在100 mA/g电流密度及—20℃环境下，经500次循环，容量高达503~551 mAh/g，容量保持率为75%~88%，表现出较高的低温容量和良好的循环性能。

技术领域

本发明属于无机储能材料技术领域，具体涉及一种低温锂离子电池负极材料─非晶锡/碳纳米管复合物及其制备方法。

背景技术

低温环境对锂离子电池负极材料的影响远远大于正极材料：对于电极材料而言，除低温条件下巨大的电荷转移电阻以及锂离子在材料内部中极其缓慢的扩散速率两个共同因素外，负极表面的特有的SEI膜进一步降低了锂离子的扩散速率。研究人员使用原位中子粉末衍射研究了石墨的脱锂过程，结果表明：低温条件下石墨负极的热力学稳定性范围的变化会导致其能量势垒的增加，进而阻断锂扩散路径。在−20℃，石墨只能释放100 mA h/g的容量，而到了−30 ℃，仅剩40 mA h/g的容量。更为严重的是：锂离子电池在低温（零度以下）充电时，会在石墨负极表面沉积形成一层锂镀层，进而长成锂枝晶，严重影响电池的安全性能。而要避免低温锂镀层则非常困难，这是因为石墨的嵌锂电位与锂镀层形成电位极为接近。因此，低温环境下，使用其他负极材料来替代石墨是较好的选择。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种非晶锡/碳纳米管复合物及其制备方法，此种非晶锡/碳纳米管复合材料作为锂离子电池低温负极材料，充放电容量高，循环性能好，制备方法简单。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种非晶锡/碳纳米管复合物，所述复合材料是由SnO₂经硼氢化钠还原后与碳纳米管复合所得，非晶态Sn纳米颗粒紧密附着在碳纳米管表面。

所述非晶锡/碳纳米管复合物中Sn纳米颗粒30 ~ 40 nm，碳纳米管直径30 ~ 50nm，长度2 ~ 10 μm。

（1）首先将SnO₂粉末置于烧杯中，用硼氢化钠溶液，还原成非晶锡颗粒；

（2）将上述非晶锡颗粒抽滤后用去离子水洗净；

（3）将上述非晶锡纳米颗粒与碳纳米管混合；

（4）将上述混合物置于球磨机球磨罐中，加入乙二醇，进行球磨；

（5）将上述处理后的产品置于真空干燥箱中干燥后即得到非晶锡/碳纳米管复合物。

所述步骤（1）中硼氢化钠浓度为10 ~ 25 g/L，还原时间1 ~ 3小时。

所述步骤（3）中非晶锡颗粒与碳纳米管的质量比为5 ~ 20：1。

所述步骤（4）中乙二醇与复合物质量比为2 ~ 5：1，球料比（质量）15 ~ 20：1，球磨时间1 ~ 5 h。

所述步骤（5）中真空温度为50 ~ 120 ℃，干燥的时间为1 ~ 5小时。

本发明采用SnO₂以及碳纳米管为原料，用简单的硼氢化钠还原加球磨法制备了一种非晶锡/碳纳米管复合物作为锂离子电池低温负极材料。本发明的非晶锡/碳纳米管复合物中Sn纳米颗粒30 ~ 40 nm，碳纳米管直径30 ~ 50 nm，长度2 ~ 10 μm，Sn纳米颗粒仅仅附着在碳纳米管表面。本发明作为锂离子电池低温负极材料，在100mA/g电流密度及—20℃环境下经500次循环，，容量高达503 ~ 551 mAh/g，容量保持率为75 % ~ 88 %，表现出较高的低温容量和良好的循环性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的非晶锡/碳纳米管复合物的扫描电子显微镜图。