[发明专利]一种合成锂离子电池高容量负极材料的方法

说明书

本发明涉及一种合成锂离子电池高容量负极材料的方法。它是以碳纳米管为原料，按一定比例将SnCl₄·5H₂O加入并均匀混合，将混合物放入密闭容器中，在一定温度下进行热处理，使SnCl₄气化后吸附到碳纳米管内，降温后经沉积分解得到Sn(OH)₄与碳纳米管的复合材料。随后将吸附有Sn(OH)₄的碳纳米管通过机械球磨方法附着到中间相炭微球、人造石墨、天然石墨负极材料的表面，得到最终的理想产物。该产物是以填充了高容量Sn(OH)₄纳米粒子的碳纳米管为包覆层，以中间相炭微球、人造石墨或天然石墨为核的新型包覆结构负极材料。本发明与传统的合成工艺相比即提高了传统石墨类负极材料的导电性，又提高了复合材料的容量，同时兼具合成工艺流程简单等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，主要涉及一种锂离子电池用高容量负极材料的制备方法。

背景技术

由于全球化石能源的短缺和环境污染的日益严重，人类的生存逐渐受到威胁，研究开发新型可替代能源已经成为了各个国家的重要战略发展目标。而在新能源开发过程中作为储能装置的锂二次电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优越的性能，因此其在新能源的发展过程中具有重大意义。目前制约锂电池进一步发展的主要问题是其能量密度还不能满足某些大容量大功率场合的应用。

与商品化石墨负极相比，锡及其化合物非常具有吸引力，因为其理论比容量可达990 mAh/g。不仅如此，锡基材料还具有较低的插锂电位以及安全性良好，清洁无污染等优点，因此一经提出就受到研究者的广泛关注。然而，研究者发现锡基材料在脱嵌锂过程中会发生严重的体积膨胀，经过十几次循环后就会产生由于体积变化而造成的电极粉化、剥落等问题 ，随之性能急剧下降。近年来对锡基复合物的研究主要集中在锡基与各种形貌结构的碳材料的结合上,如Sn/C的复合材料和SnO₂/C的复合材料。碳材料作为一种稳定的基体或包覆剂,能使材料的循环性能有较大程度的提高。

发明内容

本发明的技术特征在于采用气相沉积和机械球磨融合的方法，将纳米氢氧化锡沉积在碳纳米管内后再通过机械球磨等融合手段将填充了高容量纳米粒子的碳纳米管附着在中间相炭微球、人造石墨或天然石墨负极材料的表面，得到新型负极材料，组装电池后发现其是一种新型高容量负极材料。

本发明可以将氢氧化锡（由于处理温度和处理时间的不同，所得到的中间产物中碳纳米管内填充的Sn(OH)₄的含量会有差别）沉积在碳纳米管中，同时将填充了高容量纳米粒子的碳纳米管与石墨负极材料相融合，在有效降低Sn(OH)₄的体积效应，改善其结构的稳定性和循环性能的同时，提高石墨负极材料的导电性，从而充分发挥了Sn(OH)₄纳米粒子的高容量和碳纳米管的高导电性以及石墨负极高密度的特点。所述的石墨负极是：中间相炭微球、人造石墨、天然石墨。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种合成锂离子电池高容量负极材料的方法，其特征在于：按照质量比重为3:1～6：1将分析纯的SnCl₄·5H₂O与碳纳米管均匀混合，随后将混合物转移到密闭容器中，在温度为120℃-150℃下处理得到复合材料，最后通过机械球磨融合的方法将复合材料附着到中间相炭微球、人造石墨、天然石墨负极材料的表面得到最终的理想产物；复合材料的处理时间为1-10小时，由于处理温度和处理时间的不同，所得到的复合材料中碳纳米管内填充的Sn(OH)₄的含量会有差别，这直接影响了后续的电化学性能表现；SnCl₄·5H₂O加入量控制在10%～50%(w/w)之间；机械球磨的球磨时间控制在4小时～8小时；球磨转速为240转/分钟；球料质量比控制在15:1～25：1；SnCl₄·5H₂O加入量控制在10%～50%之间。