[发明专利]锡碳复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锡碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。

背景技术

目前，生产使用的锂离子电池主要采用石墨化碳作为负极材料，但该负极材料的储锂容量不高，理论比容量不高(约372mAh/g)。因此，开发新型的高容量和高倍率负极材料具有很高的研究和利用价值。在对负极材料的研究中，发现如Sn、Si、Al、Sb等可与锂形成合金的金属或合金材料具有远远大于石墨的理论容量，引起了电池材料界的广泛关注。但该类材料具有很大的体积效应，导致在充放电过程中材料的粉化脱落，降低了电池的效率和循环性能。

Sn基负极材料由于具有很高的理论克比容量、低的嵌锂电位，较其他金属基材料有更高的稳定性而备受瞩目。但Sn基材料与其他金属基材料一样，在脱嵌锂的过程中，存在着严重的体积效应，造成严重的安全隐患。M.Y.Ma等人采用均匀沉淀法制备的SnO₂-石墨复合材料具有较高的首次嵌锂容量，但首次库仑效率较低，容量衰减也比较快，这种方法也不能很好的解决Sn基材料在脱嵌锂过程中的体积效应(The Chinese Journal of Nonferrous Metals，Vol.15 No.5(2005)：793-798)。王勇等人采用了原位合成法制备了一种锡-碳/核-壳结构的纳米粒子填充碳纳米管的锡碳复合材料，该材料的首次嵌锂容量达到了700mAh/g，循环性能有所提高，但材料制备工艺复杂，且难以控制，原料成本也较贵，难以达到实用化要求(王勇、焦正、吴明红等，一种制备锡-碳/核-壳结构的纳米粒子完全填充碳纳米管复合负极材料的原位合成方法，中国专利申请号：200910048318.6)。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术方法制得的锡碳复合材料和由其制备的锂离子电池的工艺复杂、成本高或比容量低、循环性能差、首次库仑效率较低的问题，提供一种锡碳复合材料的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种锡碳复合材料的制备方法，包括：

1)将锡盐溶液和膨胀石墨混合获得锡碳悬浮液；

2)用还原剂还原锡碳悬浮液中的锡。

本发明的技术方案引入了一种新的弹性基体-膨胀石墨，通过在溶液中原位还原制备得到了均匀分散在膨胀石墨中的含锡膨胀石墨材料。由于膨胀石墨在常温下也具有弹性和压缩性，可抵消充放电过程中负极体积的变化维持原有结构不被破坏，有效抑制锡的体积效应，延长了负极材料的循环寿命。另外，膨胀石墨还具有吸附性，且具有疏松多孔的结构，在原位还原过程中产生的纳米级锡颗粒有可能进入其孔洞中，从而有效的限制了充放电过程中的体积效应。

优选的是，所述的锡盐溶液为SnCl₂溶液、SnCl₄溶液、SnSO₄溶液中的一种或几种。

优选的是，所述的锡盐溶液中锡的物质的量浓度为1mol/L-4mol/L。

优选的是，所述的锡碳悬浮液中膨胀石墨的质量百分比为10%-50%。

优选的是，所述的还原剂为硼氢化钠溶液。

优选的是，所述的将锡盐溶液和膨胀石墨混合获得锡碳悬浮液的步骤包括：将膨胀石墨在搅拌下加入到锡盐溶液中。

优选的是，所述的用还原剂还原锡碳悬浮液中的锡的步骤包括：在搅拌下，将质量百分比为2%的硼氢化钠的乙醇溶液缓慢滴加到所述的锡碳悬浮液中，其中硼氢化钠与锡的物质的量之比为2-3。

优选的是，还包括：在所述用还原剂还原锡碳悬浮液中的锡的步骤之后，将还原后的锡碳悬浮液进行过滤、洗涤，并在80℃-100℃下干燥处理。

本发明的技术方案工艺简单、成本低、易于产业化。

本发明通过选取适当的工艺参数获得了性能优良的锡碳复合材料，从而使该材料和由其制备的锂离子电池的工艺简单、成本低、比容量高、首次库仑效率高且循环性能优良。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的锡碳复合材料工艺复杂、成本高或比容量低、循环性能差、首次库仑效率较低的问题，提供一种工艺简单、成本低、比容量高、首次库仑效率高且循环性能优良的锡碳复合材料。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种锡碳复合材料，其是通过上述方法制备的。

由于本发明的锡碳复合材料是通过上述方法制备的，其工艺简单、成本低、比容量高、首次库仑效率高且循环性能优良。