[发明专利]锂电池碳掺杂锡酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料的制备方法，特别是涉及一种锂电池碳掺杂锡酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

锡基材料以其高的理论容量、低成本、低毒性、宽广的实用性是理想的锂离子电池负极材料。文献“《Journal of Alloys and Compounds》，415，1-2(2006)pp.229-233”公开了一种锡酸锂(以下简称Li₂SnO₃)材料的制备方法。该方法采用溶胶凝胶法合成了纯相Li₂SnO₃。方法是将SnCl₄·5H₂O溶解于乙二醇中，搅拌后加入柠檬酸制得溶胶，制得的溶胶放入干燥箱中干燥，以使溶胶结晶；将蒸干溶剂的干凝胶放在电热炉上，加热使其燃烧直至完全；将得到的干凝胶在马弗炉中温度400℃时，预烧5h；把得到的上述物质经研磨后马弗炉中温度700℃烧结5h；得到Li₂SnO₃。在电流密度60mAg^-1条件下，充放电电压范围为0.05-2.0V，经过充放电性能测试，初次放电容量可达到1080mAh/g，充电容量423mAhg^-1，初次不可逆容量657mAhg^-1，经过50次循环后容量保持380mAhg^-1。但是，文献所述方法制备纯相Li₂SnO₃具有如下缺点：采用溶胶凝胶法制备比较繁琐，步骤较多，并且Li₂SnO₃电极的初次不可逆容量较大。这是由于锡在充放电循环过程中，体积发生了膨胀和收缩，引起晶粒破碎，结构崩塌，导致电极的破坏，减少了电极的循环寿命，并且其在脱插锂反应时容易“团聚”，致使初始不可逆容量增大，最终导致容量减小。

发明内容

为了克服现有的方法制备的纯相Li₂SnO₃初始不可逆容量大的不足，本发明提供一种锂电池碳掺杂锡酸锂负极材料的制备方法。该方法采用水热法直接合成Li₂SnO₃前驱体，而后在氩气保护下经烧结得到碳掺杂的锡酸锂材料。本发明合成的无定形碳掺杂的Li₂SnO₃材料，由于碳的掺杂，可以有效地缓解充放电时所引起的体积变化，抑制在脱插锂反应时的“团聚”现象，可以避免材料电极容量衰减过快，降低初始不可逆容量，使得碳掺杂锡酸锂负极材料的容量远大于普通碳材料的理论容量，且高于纯相Li₂SnO₃的循环性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂电池碳掺杂锡酸锂负极材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：

(a)采用水热法制备Li₂SnO₃前驱体；

首先将SnCl₄·5H₂O、LiOH和去离子水按摩尔比1∶6∶1.67混合，得到A溶液；

将分子量为6000的表面活性剂聚乙二醇、无水乙醇和去离子水按摩尔比1∶98∶35充分混合，得到B溶液；

待A溶液和B溶液都充分溶解后，在磁力搅拌下，把A溶液缓慢滴加到B溶液中，使之完全溶解，得到混合溶液；

而后在混合溶液中，加入葡萄糖水溶液，继续搅拌，直至完全溶解，得到含葡萄糖的混合溶液；

将含葡萄糖的混合溶液移入不锈钢反应釜中在170～180℃下保温18～24h，得到Li₂SnO₃前驱体。

(b)将得到的Li₂SnO₃前驱体用去离子水和无水乙醇离心洗涤数次后，转移至培养皿中置于烘箱中55～60℃干燥，得到干燥的Li₂SnO₃前驱体；

(c)将干燥的Li₂SnO₃前驱体在氩气保护下于管式炉中700～800℃烧结3～4h，得到碳掺杂的Li₂SnO₃材料。