[发明专利]高容量MoO3-SnO2@C复合物锂离子电池核壳负极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金材料及制备，尤其是以金属化合物和碳化物的合金作为锂离子电池负极的复合材料及制备。

背景技术

开发具有长寿命、高容量、可循环、无污染的绿色二次电池为当今粉末冶金材料的研究重点。锂离子电池正极材料的开发空间较少，负极材料成为提高电池能量及循环寿命的重要研究对象，而商业化的碳负极材料的实际容量已接近理论值，进一步提高该材料的嵌锂容量的潜力不大。另一方面，碳基负极的嵌锂电位接近金属锂电位，锂在其中的扩散速度较低，在高倍率充电时锂可能在表面析出，电池的安全性存在一定的隐患。因而，寻找比碳基负极嵌锂电位稍高，制备比容量高，安全性能可靠的新型锂离子电池负极材料成为工业和学术界的重要研究方向。

氧化锡是一种n型宽带隙（Eg=3.6 eV）半导体材料，在气敏元件、催化剂以及太阳能电池等应用领域得到广泛关注，而SnO₂所具有的较高理论比容量（782 mAhg^-1)和锂离子低电位嵌入的特点，作为锂离子电池负极材料，有望成为替代商业石墨电极（372 mAhg^-1)的材料之一。但由于SnO₂在锂离子嵌入与脱嵌过程中伴随着体积的剧烈变化，导致其首次不可逆容量较高，电化学性能衰减较快。而作为转换反应型负极材料的非均质分层结构的α-MoO₃，其理论比容量高达1117 mAh g^-1，但由于离子和电子导电性差，普通微米级的MoO₃粉末材料作为锂离子电池负极材料实际比容量低且循环性能非常差。

Xue等制备的SnO₂–MoO₃纳米带状负极材料经过30次循环后，可逆容量仍高达2031 mAh g^?1 （X. Y. Xue, Z. Chen, L. Xing, H. Yuana and Y. Chen, Chem. Commun., 47(2011): 5205-5207）；Xing等以Ti箔为衬底制备的α-Fe₂O₃–SnO₂核壳结构纳米棒阵列电极材料在C/5的速率下，可逆容量可达1059.9 mA h g^?1（L. L. Xing, C. X. Cui, Deng P, RSC Advances, 26(2013): 3 10379-10384）。但文献关于锂离子电池MoO₃-SnO₂@C核壳负极材料的报道较少。

具有核壳结构的混合金属氧化物作为高储锂材料而受到广泛研究，这是由于核壳结构组成的单元之间存在间隙，能为脱、嵌锂过程中的体积膨胀提供足够的空间，降低锂离子扩散行程所需能量，有助于获得较高的电容量；其次，多维有序纳米材料之间规整的间距能够更有效地缓冲材料的体积变化，提高循环稳定性。另外，在具有明显区别的物质体系所构成的混合基质里进行电化学反应也可以有效地控制体积改变，例如，在纳米层次上合成的SnO₂@C、MoO₃/石墨烯、SnO₂/碳纳米管，在保证容量的前提下可有效缓解反应中的体积剧变，表现出较好的电化学性能。

    在制备工艺上，复合负极材料的合成方法多采用模板法、电沉积法，磁控溅射法，电弧放电法、激光蒸发法、近端探针图案化法等工艺，不适合低成本、多样化、高产量的产业化生产。因而，研究开发一种电化学比容量高、循环稳定性好，且技术简易、耗时短、成本低、便于产业化生产的MoO₃-SnO₂@C复合负极材料，对于促进Mo-Sn基材料在锂离子电池中的实际应用具有重要的意义。

发明内容

    本发明的目的首先在于提供一种球形MoO₃-SnO₂@C复合物锂离子电池核壳负极材料，该球形MoO₃-SnO₂@C复合材料颗粒均匀细小，结晶度良好，制备出的MoO₃-SnO₂@C锂离子电池负极材料比容量高、循环稳定性好。

本发明旨在同时提出一种采用醇热法制备上述材料的方法，该方法不仅制备工艺过程简单、成本低，而且应具有产业化发展的前景。

本发明的目的通过以下方式实现：