[发明专利]一种锂离子电池用二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锂离子电池用二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法为，先将二氧化锡和氧化锆混合球磨，再加入石墨继续球磨，即得到二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料，工艺简单、可操作性强、成本低。且本发明的制备方法制备得到的二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料还具有片状结构，二氧化锡掺杂氧化锆均匀地分布在碳上，将该材料用于锂离子电池中时，使得锂离子电池在长循环条件下，容量不易衰减；且在更长的循环条件下，还会出现容量回升。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池用二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着二十一世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄影机、移动通讯中得到了普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始使用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。而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。

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。

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。但是，二氧化锡作为锂离子电池负极材料存在的最大的问题是在充放电的过程当中存在严重的体积膨胀效应，从而使得锂离子电池容量衰竭过快和循环性能差。因此，对二氧化锡负极材料进行改性是现在负极材料研究的热门方法。如中国专利CN110336035A(公开日为2019年10月15日)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，在一定程度上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，提高了电性能，但仍有待提高。

因此，需要开发一种二氧化锡类复合材料的制备方法，使该复合材料用作锂离子电池材料时，具有较高的电池容量、较好的循环稳定性以及较好的导电性能。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中二氧化锡作为锂离子电池负极材料存在体积膨胀、循环稳定性差、库伦效率和倍率性能较差的缺陷，提供一种锂离子电池用二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料的制备方法。本发明的制备方法，通过二氧化锡和氧化锆混合进行球磨，再加入石墨进行球磨，得到具二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料。本发明的制备方法工艺简单，可操作性强，成本低，适用于大规模工业生产。且使用该方法制备得到的二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料中，二氧化锡掺杂氧化锆均匀地分布在碳上，将该材料用于锂离子电池中时，使得锂离子电池在长循环条件下，容量不易衰减；且在更长的循环条件下，还会出现容量回升。

本发明的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料。

本发明的另一目的在于提供所述二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料在制备锂离子电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将二氧化锡和氧化锆混合后进行球磨；

S2.加入石墨继续进行球磨即得所述二氧化锡/氧化锆掺杂碳复合材料；

其中，二氧化锡与氧化锆的摩尔比为1：0.01～0.1。