[发明专利]一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料及其制备方法。本发明提供了一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将尿素和含锡前驱体混合至完全溶解得到混合溶液；步骤2：将所述混合溶液进行水热反应并烘干得到二氧化锡纳米颗粒进行干磨处理，再加入碳进行球磨，得到二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料。本发明还提供了由上述方法制得的二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料。本发明提供了一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料及其制备方法，解决了现有的锂离子电池负极材料存在严重的体积膨胀效应，易使电池容量衰竭过快和循环性能差的技术问题。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料及其制备方法。

背景技术

在社会飞速发展的今天，能源危机与环境问题成为了众多研究者关注的焦点，寻找一种环境友好的新型储能设备也越来越受到人们的重视。锂离子电池作为一种新型能源的典型代表，有十分明显的优势，锂离子电池以其优秀的性能成为二次电池的主流发展方向。负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池由于高的能量密度、快速充放电性能、良好的循环寿命、可靠的安全性等特性，在国防、电动汽车和电子器件等领域展示了较好的应用前景，被誉为21世纪最有开发应用价值的理想电源。

锂离子电池主要由正负极材料、隔膜和电解液组成，其充放电过程依靠锂离子在正负极之间可逆的循环嵌入与脱嵌来实现。目前商业化的负极材料主要为碳素材料，如天然石墨、人造石墨、石墨化中间碳微球等，其循环性能较好，但由于理论容量比较低，无法满足高能量密度锂离子电池的要求。因此，研究和开发比容量高、电化学性能好、安全可靠的新型锂离子电池负极材料已经成为了重要的研究方向。

在锂离子电池中，负极材料是影响电池容量和寿命的重要因素之一，目前商业化的锂离子电池主要是以石墨或者改性后的石墨作为负极活性材料，其优点是循环和倍率性能都比较好，但是理论容量较低，仅为372mAh/g，难以在电动车等高能量密度要求的领域广泛使用。为了满足高性能锂电池的市场需求，需寻找能够在低电势下保持高能量容量的替代材料。近年来硅合金、锡合金以及SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃、MnO₂、MoO₃等金属氧化物成为了国内外研究焦点。在众多氧化物中，氧化锡(SnO₂)具有较高的理论储锂容量(782mAh/g)，作为负极材料可有效提高锂电池能量密度，同时其安全性好、资源丰富。二氧化锡作为锂离子电池材料拥有比容量高、价格低廉和无毒的优点。然而目前阻碍其应用的主要问题是充放电循环过程中会有较大的体积变化，而且这类氧化物的导电性能差，从而导致循环性能较差。

提高二氧化锡锂离子电池负极材料储锂性能的常用方法是制备二氧化锡复合材料，包括TiO₂、Fe₂O₃、MoO₃等金属氧化物以及碳与二氧化锡的复合材料。不同组分之间的协同作用，能够显著提高二氧化锡负极材料的电化学性能，其中二氧化锡/碳的复合材料重点关注。一方面柔性碳层可以缓冲充放电过程体积变化引起的软垫效应，另一方面则是高导电性的碳层还可以提高材料的导电性能，使电极的电化学性能和循环性能都能得到显著提高。

发明内容

本发明提供了一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料及其制备方法，解决了现有的锂离子电池负极材料存在严重的体积膨胀效应，易使电池容量衰竭过快和循环性能差的技术问题。

本发明提供了一种二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将尿素和含锡前驱体混合至完全溶解得到混合溶液；

步骤2：将所述混合溶液进行水热反应并烘干得到二氧化锡纳米颗粒进行干磨处理，再加入碳进行球磨，得到二氧化锡/氧化铝掺杂碳复合材料。

优选的，所述含锡前驱体为锡酸钾和/或氯化锡。