[发明专利]一种锂离子电池负极纳米材料SnO2/MCMB核壳及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于电池材料制备领域，特别涉及一种锂离子电池负极纳米材料SnO₂/MCMB核壳及其制备方法与应用。

背景技术

随着科技水平的不断发展及环境污染越来越严重，新型绿色能源的开发已迫在眉睫，在最新发展比较热门的再生能源中，锂离子电池具有比容量高、自放电小、循环寿命长、重量轻和绿色环保等优点成为一种理想的选择。电极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素，而对于负极材料来说，目前商业化的碳负极材料已接近达到其理论极限容量（372mAh/g），严重限制了高容量型锂离子电池的进一步发展。因此，碳负极材料的发展限制以及对高容量高安全性锂离子电池的需求激发起科研工作者对新型储锂负极材料的研究。

现有储锂负极材料主要有硅基、锡基、复合物及其他合金材料等，其中锡基金属氧化物由于具有稳定性高，理论比容量高（SnO₂的理论容量为781mAh/g），同时该材料具有无毒、无污染、安全性能高、原材料来源广泛等优点，因而成为研究的热点。但单一结构的SnO₂材料，伴随着Li⁺的嵌脱，会发生严重的体积膨胀与收缩，引起内部结构的变化，进而降低比容量，导致循环性能衰减。对SnO₂进行微结构控制和表面修饰，有助于改善电化学性能。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锂离子电池负极纳米材料SnO₂/MCMB核壳的制备方法。

本发明的再一目的在于提供由上述制备方法得到的锂离子电池负极纳米材料SnO₂/MCMB核壳。

本发明的另一目的在于提供所述的锂离子电池负极材料SnO₂/MCMB核壳的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂离子电池负极纳米材料SnO₂/MCMB核壳的制备方法，包括如下步骤：

（1）Pre-MCMB-SnO₂的制备：将MCMB（中间相碳微球）分散于去离子水中后加入锡源，使锡原子的摩尔浓度比为0.2～0.3mol/L，滴加氨水至溶液的pH值为7～8，搅拌，离心，收集沉淀，真空干燥，得到Pre-MCMB-SnO₂沉淀；每毫升去离子水加入MCMB5mg；

（2）SnO₂/MCMB核壳的制备：将步骤（1）的Pre-MCMB-SnO₂沉淀、锡源及碱按质量比6.0：21.3～32.0：3.2～6.4加入混合溶液中，搅拌30～60min后于160～200℃反应24～48h，冷却，取沉淀，用去离子水洗涤至中性，60～90℃真空（-0.1Mpa）干燥8～24h，得到固体粉末；将干燥后的固体粉末置于惰性气体中，以2～5℃/min升温至400～500℃后烧结4～6h，得到锂离子电池负极纳米材料SnO₂/MCMB核壳；每毫升混合溶液加入Pre-MCMB-SnO₂沉淀15mg；

步骤（1）中：

所述的MCMB优选采用以下方法进行预处理：将MCMB按0.017～0.025g/mL分散于混合酸中，50℃回流10～12h后加入30～35wt%的H₂O₂，继续搅拌5h后依次用去离子水和乙醇离心，收集沉淀，80℃真空干燥5h，得到预处理的MCMB；混合酸与30～35wt%的H₂O₂的体积比为8～12：1～2；

所述的MCMB优选为5～12微米的MCMB；

所述的混合酸优选为体积比为1：3的浓硫酸和浓硝酸的混合酸；

所述的浓硫酸为95～98wt%的浓硫酸，优选为98wt%的浓硫酸；

所述的浓硝酸为55～60wt%的浓硝酸，优选为60wt%的浓硝酸；

所述的锡源为可溶性的锡盐，优选为四氯化锡或锡酸钠，更优选为锡酸钠；

所述的氨水优选为25～35wt%的氨水；

所述的搅拌的时间为2～4h，优选为2h；

所述的离心优选为依次用去离子水和乙醇离心三次；

所述的真空干燥的条件优选为60～90℃真空干燥8～24h；

步骤（2）中：

所述的混合溶液优选为体积比1：1的去离子水和无水乙醇的混合溶液；

所述的反应优选采用以下方法进行：将溶液转移至聚四氟乙烯罐中，密封后置于电阻炉中进行反应；