[发明专利]柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源制备领域，特别涉及一种柔性纳米SnO₂/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，主要提高负极材料的充放电容量和循环稳定性，适用于便携式电池和动力电源负极材料。

背景技术

随着动力电池的发展，锂离子动力电池充放电速度快，循环寿命长，负载性能好，工作电压高等优点，逐渐成为主流产品，已广泛应用于各种便携式电子器件电源和动力电源。锂离子电池负极材料作为提高电池能量及循环寿命的重要因素，受到了广泛研究。锂离子电池负极材料主要有碳基材料，锡基材料，和硅基材料等，其中商业应用比较广泛的是碳基材料，由于其安全性和循环稳定性，但是受限于充放电容量低，~300 mAh/g。为了进一步提高锂电池的容量，研究的目光纷纷转向锡基和Si基材料，SnO₂和Si材料的理论电池容量分别为781 mAh g-1和4200 mAh g^-1，是两种比较有前途的锂电池负极材料。在嵌锂/脱锂过程中，材料容积的巨大变化，导致材料粉末化严重，引起Si和SnO₂电极材料循环性能较差。

大量研究表明通过纳米结构设计可以大大改善Si电极的循环寿命。此外，柔性锂离子电池在柔性电子器件领域具有重要的应用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，公开一种柔性纳米SnO₂/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，该方法采用柔性碳布基底，可弯曲、可折叠，无需任何粘结剂，机械力学性能好，提高了电池充放电容量（>1000 mAh g^-1），循环稳定性好。

为实现上述目的，本发明给出的技术方案为：

一种柔性纳米SnO₂/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，该方法的工艺过程是：首先选用导电碳布材料作为柔性基底，用离子溅射仪在碳布基底上溅射2~3 nm Au；然后在溅射Au的碳布基底上气相生长SnO₂纳米线；最后在SnO₂纳米线表面用等离子增强气相沉积一层10-20 nm厚的Si，获得柔性SnO₂/Si复合锂离子负极材料。

本发明进一步需要保护由上述方法获得的柔性纳米SnO₂/Si复合物锂离子电池负极材料, 其特征在于, 其材料结构表征为: 采用三维分级结构设计, 柔性的导电碳布作为基底, SnO₂纳米线作为中间层, 所述中间层作为骨架用以支撑顶层的Si薄膜,从而形成三维SnO₂Si核-壳/碳布分级结构。

本发明通过纳米结构设计，柔性碳布基底上制备三维SnO₂Si核-壳结构纳米线锂电池负极材料，改善电池负极材料的充放电容量和循环寿命。与现有技术相比，本发明技术方案的创新点及带来的有益效果具体表现为：

1. 采用碳布材料设计了一种柔性锂电池负极，可弯曲，折叠。

2. 采用SnO₂纳米线作为骨架材料支撑Si薄膜，改善Si的循环性能，提高

  了电池充放电容量。

3. 三维分级结构设计，具有高比表面积，提高电池容量和能量密度。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步说明。

图1为实施例1中实施步骤过程中获得的三维SnO₂纳米线/碳布分级结构扫描电镜图片（a、b为不同的放大比例）。

图2为实施例1最终后获得的SnO₂Si核壳结构纳米高分辨透射电镜图片。

图3.为实施例1最终后获得的SnO₂Si/碳布电极前三次充放电曲线。

图4为实施例1最终后获得的SnO₂Si/碳布电极循环稳定性。

具体实施方式

实施例1

一种柔性纳米SnO₂/Si复合物锂离子电池负极材料的制备方法，

1、首先选用一片1.5* 3 cm²大小导电碳布材料作为柔性基底，其特征是选用碳布基底，由高导电碳纤维编织而成，电导率<5 mΩ*cm²。

2、利用离子溅射方法在碳布基底上沉积2-3 nm Au作为催化剂，沉积时间150 s。