[发明专利]一种复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合负极材料，包括CNT@Graphene与SnO₂。本发明还公开了一种复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：将多壁碳纳米管、浓硫酸搅拌，得到悬浊液；向悬浊液中加入氧化剂继续搅拌，得到预制料；将预制料过滤，干燥，得到改性CNT@Graphene柔性基底材料；将改性CNT@Graphene柔性基底材料、水混合分散，加入锡盐，调节体系pH值为4‑11，搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到CNT@Graphene/SnO₂前驱体；将CNT@Graphene/SnO₂前驱体在惰性气体中热处理，得到复合负极材料。本发明可以明显地缓解SnO₂在充放电过程中的体积变化，提高材料的循环寿命和倍率性能，显著的提高极片的稳定性和电化学性能，工艺参数调控方便，改性过程操控性高、均匀性高，且成本低，适用于大规模的生产。

技术领域

本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着电动力汽车、储能电网的兴起，锂离子电池技术得到了飞速的发展。而随着纯电动汽车等大型用电工具在要求锂电池高安全和长寿命的同时，对能量密度和功率密度提出了更高的指标。传统碳材料的比容量小于400mAh/g，倍率性能较差，与电解液相容性不佳，体积能量密度低，基本无法满足下一代锂离子电池的要求。

过渡金属氧化物材料具有高理论比容量，其体积密度是传统碳材料的5-7倍，良好的倍率性能保证了过渡金属氧化物材料高倍率充放电的能力，可以满足下一代锂离子电池的需要。SnO₂是一种价格低廉、环境友好的过渡金属氧化物负极材料，它高比容量和导电性，受到国内外研究者的广泛关注。SnO₂负极材料的工作电位远高于金属锂的析出电位，在大功率充放电过程中可以抑制界面的锂沉积，该材料在充放电过程中不存在溶剂共嵌入问题，因此可以选择更多种类的电解液，在应用方面具有明显的优势。

SnO₂负极材料的储锂机制较为复杂，包括转化反应和合金化两个过程，在充电过程中，锂离子从正极迁移到负极表面，与SnO₂通过转化反应生成Li₂O和金属Sn，金属Sn会继续和锂离子结合以LixSn合金形式储锂。在这一过程中，材料本身的体积变化会超过300％，造成极片的严重粉化或团聚，放电比容量会迅速衰减。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种复合负极材料及其制备方法和应用，本发明可以明显地缓解SnO₂在充放电过程中的体积变化，提高材料的循环寿命和倍率性能，显著提高极片的稳定性和电化学性能，工艺参数调控方便，改性过程操控性高，均匀性高，成本低，可应用在锂离子电池领域，适用于大规模的生产。

本发明提出的一种复合负极材料，包括CNT@Graphene与SnO₂。优选地，所述SnO₂为纳米SnO₂。

本发明还提出的一种复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将多壁碳纳米管、浓硫酸搅拌，得到悬浊液；

S2、向悬浊液中加入氧化剂继续搅拌，得到预制料；

S3、将预制料过滤，干燥，得到改性CNT@Graphene柔性基底材料；

S4、将改性CNT@Graphene柔性基底材料、水混合分散，加入锡盐，调节体系pH值为4-11，搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到CNT@Graphene/SnO₂前驱体；

S5、将CNT@Graphene/SnO₂前驱体在惰性气体中热处理，得到复合负极材料。

优选地，在S1中，多壁碳纳米管和浓硫酸的重量体积比g：ml为0.5-4：100。