[发明专利]一种二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO2复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料，该材料由核心和包覆在核心外表面的外壳层构成；所述核心为氮掺杂碳和SnO₂组成复合材料；所述外壳层是二氧化钛。本发明具有核壳结构的二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料的制备方法工艺简单，避开了水热、溶胶‑凝胶等繁琐的处理步骤，通过简单易行的室温聚合法即得到聚吡咯包覆的SnO₂前驱体，随后通过原子层沉积技术和热处理便可制得具有核壳结构的二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料，周期短，成本低廉，易于放大，适于产业化。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池负极材料，特别涉及一种高性能具有核壳结构的二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

在全球经济增长迅猛，不可再生资源锐减的环境下，鼓励开发新能源已经成为众多国家的能源战略重点。锂离子二次电池作为优越的储能器件，在手机领域、电动汽车和混合动力汽车领域逐渐显露出卓越的性能表现。在诸多负极材料中，SnO₂因其理论容量较高（780 mAh/g）、价格低廉和低污染等优点，引起了研究人员的广泛关注，被认为是一种极具前景的负极材料之一。但是，SnO₂负极材料导电性不佳，并且在充放电过程中伴随着大的体积膨胀（> 300%），极易引起活性物质粉化以及与集流体的脱离，使得容量迅速衰减、稳定性降低，大大制约了其实际应用。因此，如何有效提高SnO₂负极材料的循环稳定性和倍率性能是电极材料研发领域的一个重要课题。

为早日实现SnO₂负极材料的实际应用，目前研究者们在如何减缓或抑制充放电过程中嵌脱锂时产生的巨大体积变化和提高循环稳定性能方面采取了诸多策略。主要有：（1）将SnO₂负极材料的尺寸纳米化，如制备SnO₂量子点，纳米片，纳米管和三维多级结构，以提高活性材料比表面积从而增加材料与电解液的接触，缩短锂离子的传输路径和减缓嵌脱锂过程中产生的内应力，进而提升材料容量和循环寿命。其缺点是在循环过程中纳米颗粒容易团聚从而影响材料的性能；（2）引入导电基体特别是碳基体包覆活性中心，进而抑制活性组分在充放电过程中产生的体积膨胀和机械应力。同时，引入碳基体能很好的提升材料的导电性能，通过配比调节也能兼顾高比容量优势。

目前SnO₂/碳复合电极材料的合成方法通常是高温热解碳源和二氧化锡源的混合物，因而碳包覆层不均匀且不够致密，材料的稳定性并没有显著提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的二氧化锡作为锂离子二次电池的负极材料存在体积膨胀、容量迅速衰减、稳定性不佳的问题，提供一种二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料。

本发明新型二氧化锡锂离子负极材料具有高比容量、长循环稳定性和大倍率特性，克服现有二氧化锡作为负极材料应用时所存在的不足，提升锂离子电池的综合性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料，该材料由核心和包覆在核心外表面的外壳层构成；所述核心为氮掺杂碳和SnO₂组成复合材料；所述外壳层是二氧化钛。

本发明复合电极材料是高性能核壳结构的二氧化钛/氮掺杂碳包覆SnO₂复合电极材料，核心的氮掺杂碳和SnO₂组成三维互连微球结构，二氧化锡纳米颗粒以超小粒径均匀地分散在三维互连多孔碳微球内部，具有良好的导电性和电容量，外壳为二氧化钛具有良好的稳定性，整体性能非常优越。