[发明专利]一种Sn-C复合物电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Sn‑C复合物电极材料及其制备方法和应用，所述的Sn‑C复合电极材料具有完整的C包覆结构，所述制备方法为：将SnCl₂^.2H₂O和淀粉按一定比例充分溶解于去离子水中，然后进行超声分散，待分散均匀后，进行真空干燥，最后再于管式炉中(氩气氛围、900℃)热处理即得Sn‑C复合物，本发明还提供了所述的Sn‑C电极材料在制备锂离子电池负极中的应用，本发明Sn‑C复合电极材料，具有可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好、可规模化生产等优点。

技术领域

本发明属于电池材料领域，特别涉及一种高容量、长寿命、低成本的Sn-C复合物电极材料，还涉及该电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池的优越性能使其在便携式电子设备、电动汽车、航空航天等方面都有广阔的应用前景。

目前商用的负极材料仍以石墨碳素类的碳材料为主，其最大理论比容量只有372mAh/g，制约了锂电池容量的进一步提高。锡被认为是最有希望的电极材料，其理论容量高达994mAh/g(Li_4.4Sn合金)，远高于碳素负极材料理论比容量，将其用作锂离子电池的负极能大幅提升电池的容量。但是，以往的研究表明，锡基电极在充放电循环过程中，即在锂离子嵌入、脱出电极的过程中，会导致锡电极体积的巨大变化(～300％)，导致锡材料结构的崩塌和电极的剥落、粉化、以及不稳定的SEI膜的生长，进而导致电池容量锐减。

近年来，通过碳包覆来缓解体积膨胀的方法开始受到广泛关注，采用这种方法制备的Sn-C复合物，可以有效地缓冲锡在嵌锂/脱锂过程的体积变化引发的应力，具有较好的循环稳定性。但碳源多数采用碳纳米管，石墨烯等材料，价格较为昂贵，不适用于规模化生产，本发明利用淀粉作为碳源，一方面能进行碳包覆缓解体积膨胀，另一方面大幅降低了成本，且工艺简单，适合大规模生产。

发明内容

本发明目的在于为提升锡电极的导电性、进一步延缓电极粉化、开裂的发生，本发明制备了一种Sn-C复合物电极材料，利用C导电性良好，具有规整的矩阵网络结构等优点，高温下碳化修饰锡颗粒，其可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好、可规模化生产。本发明的另一个目的是提供所述Sn-C复合物的制备方法及应用。

本发明还提供了所述的Sn-C复合物电极材料的制备方法，包括：SnCl₂.2H₂O和淀粉溶液的均匀混合；混合样的真空干燥及高温热处理，制得Sn-C复合物。

所述SnCl₂^.2H₂O和淀粉质量比为4:1，但由于在高温下部分的锡会以挥发的方式损耗，故配料时SnCl₂.2H₂O可稍微过量。

所述均匀混合过程为，称取一定量的淀粉，溶解于去离子水中，去离子水的质量为淀粉质量的5倍，但不限于此，再称取一定质量的SnCl₂^.2H₂O，溶解于不大于其质量的去离子水中，再加入微量的盐酸溶液以促进其溶解，最后将两溶液混合，置于超声分散器振荡30min，直至完全溶解，振荡时间不限于此，视溶解程度而定。

所述真空干燥的温度为100℃，保温时间为8-10h。

所述高温热处理过程为，将干燥后的粉末加入管式炉中，全程通入流动的氩气，升温速率为5℃/min，升至900℃，保温时间为6h，然后自然冷却到室温。

本发明还提供了所述的Sn-C复合物电极材料在制备锂离子电池负极中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的Sn-C电极材料能量密度高，可逆容量高、循环稳定性好、倍率性能好。