[发明专利]电沉积-水热法制备锂离子电池锡负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池电极材料的制备方法，尤其是涉及一种电沉积-水热法制备锂离子电池锡负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高，比容量大，放电电压平稳，安全性高等优点，目前已成为新型二次化学电源领域的研究与开发的热点之一，其性能的改进主要依赖于其正、负极活性材料。目前商业化应用的负极材料主要是石墨类材料，其理论比容量相对较低(320mAh/g左右)，随着对高容量锂离子电池的需求，人们开始寻找能代替碳材料的高容量负极材料。Sn能与Li形成Li₂₂Sn₅合金，理论容量可达993mAh/g，远高于石墨材料；对Li⁺/Li的操作电位为1.0～0.3V，可以解决金属锂的沉积问题，充放电过程中不存在溶剂的共嵌入，对溶剂选择性友好；再加上锡基合金的加工性能和导电性能良好，对环境的敏感性没有碳材料明显，Sn基合金是目前最受重视和研究最广泛的锂离子电池负极材料。

对于锡负极材料有多种制备方法，如化学还原法，电沉积法等。目前用这两种方法的较多，但是由于金属Sn在与锂形成合金的过程中，体积变化较大，锂的反复嵌入脱出导致材料的机械稳定性逐渐降低，从而逐渐粉化失效，循环性能差。因此为了克服这些不利因素，许多学者进行了大量的研究，以提高锡负极材料的电化学性能和循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电沉积-水热法制备锂离子电池锡负极材料的方法。在铜基体上电沉积金属锡，然后对锡电极进行水热处理，水热处理液为含肼或次亚磷酸钠或硼氢化钠等强还原剂的溶液。该方法提高了金属锡与铜基体的结合力，并且颗粒表面附着非金属元素，改善了电池的循环性能。

对于金属锡负极，在充放电过程中，由于锂离子的脱嵌造成锡颗粒的粉化和崩裂，发生严重的体积膨胀，锡和铜基体的结合力减弱甚至脱落，造成循环性能差。本发明对锡电极进行水热处理。水热处理液为含肼或次亚磷酸钠或硼氢化钠等强还原剂的溶液，可以防止锡被氧化，同时在金属锡表面复合B或P或N等非金属元素，提高了电池容量；金属锡和基体之间形成Sn-Cu合金，提高了结合力，在充放电过程中不易脱落，循环性能稳定。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

(1)在铜基体上电沉积金属锡；

(2)然后对锡电极进行水热处理；水热处理液为含肼或含次亚磷酸钠或含硼氢化钠强还原剂的溶液；

(3)用去离子水对处理后的样品进行洗涤，在80-120℃干燥，得到锡电极。

电沉积镀液为碱性配方-Na₂SnO₃·4H₂O 35～50g/L，NaOH 15～18g/L，NaAC 25～30g/L，电流密度为0.2～0.6A·dm^-2，温度为80～90℃，阳极为铂电极。

所述水热处理的温度为100-300℃；水热处理的时间为5-48小时。

所述水热处理液为含0.0005～12.0ml/L肼的溶液。

所述水热处理液为含0.0001～10.0mol/L次亚磷酸钠的溶液。

所述水热处理液为含0.0001～10.0mol/L硼氢化钠的溶液。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供一种制备锡电极的新方法：电沉积-水热法。所述的水热处理液为含肼或含次亚磷酸钠或含硼氢化钠等强还原剂的溶液。这种方法不同于单纯的电沉积法和水热法，而是囊括了两种方法的优点，电沉积法制备的锡电极与涂浆法相比可提高基体与活性材料的结合力；水热法改变了电极的形貌，同时形成Cu-Sn合金，也提高了结合力。用电沉积-水热法制备的金属锡电极，可逆容量得到明显提高，而且表现出良好的循环性能，50个循环后，可逆容量基本保持不变。这种新方法操作简单易行，条件温和、易于控制，易于实现工业化生产。

附图说明

图1是本发明水热处理前后电沉积Sn电极的电镜照片。

图2是本发明水热处理前后电沉积Sn电极的电化学循环性能。

具体实施方式

在铜基体上电沉积金属锡：

电沉积镀液为碱性配方(常规使用配方)-Na₂SnO₃·4H₂O 35～50g/L，NaOH15～18g/L，NaAC 25～30g/L，电流密度为0.2～0.6A·dm^-2，温度为80～90℃，阳极为铂电极。

实施例1：