[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，所述锂离子电池负极材料含有SnFe₂O₄微米粒子和二维多孔碳，所述SnFe₂O₄微米粒子具有立方形反尖晶石结构。本发明的锂离子电池负极材料具有分散性好、尺寸均匀、比表面积大、孔隙发达、密度小、结晶性强、结构稳定等优点，表现出稳定的充放电循环性能和倍率性能。立方形反尖晶石结构SnFe₂O₄微米粒子均匀的分散在二维多孔碳材料中，提高导电能力，可以有效缓冲SnFe₂O₄在充放电过程的体积膨胀，解决了铁基和锡基材料因体积膨胀导致的结构稳定性差和导电性问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池(LIBs)在人类生活的各个领域都得到了广泛的应用，它具有安全稳定性好、循环性能良好、工作电压高、环境友好等多种优点。负极材料的选取对锂离子电池的循环性能起着至关重要的作用。目前使用的商业石墨负极理论容量较低(372mAh·g^-1)，难以满足高比容量电池的应用需求。因此探索具有更高可逆容量以及长寿命、更快充电/放电速率、更低成本和环境友好的替代负极材料，具有重要的理论意义和现实意义。

在众多锂离子电池负极材料中，由于过渡金属氧化物(M_xO_y，M为铁，钴，镍，锰，钒，铜，锌，铬，钼，铌等)具有高比容量、高安全性、低成本和低毒性以及广泛的可用性，已经引起了人们的浓厚兴趣。但是此类材料也有共性的问题：1)首圈库仑效率低。此类材料和Li⁺的转换反应造成部分不可逆容量损失，导致首圈充放电容量损失严重，库伦效率仅50％左右；2)过渡金属氧化物与锂离子发生转化反应，生成金属单质并弥漫在非晶Li₂O基体中，在相变过程中的体积变化导致过渡金属氧化物材料发生变形、开裂和脱落等，电接触性能变差，最终造成材料的比容量迅速下降；3)过渡金属氧化物本身导电性较差导致电池倍率性能不佳。

为了解决上述问题，目前对于过渡金属氧化物材料的研究大多集中在过渡金属氧化物的纳米化、通过与其他具有电化学活性的材料复合利用协同效应缓解充放电过程中产生的体积膨胀或提高材料的导电性等，然而纳米材料的团聚通常使其失去小尺寸效应和大比表面积，从而影响电化学性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂离子电池负极材料，具有稳定的充放电循环性能和倍率性能。

本发明还提出所述锂离子电池负极材料的制备方法和应用。

具体地，根据本发明的第一个方面，提出一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料含有SnFe₂O₄微米粒子，所述SnFe₂O₄微米粒子具有立方形反尖晶石结构。根据本发明第一方面的锂离子电池负极材料，至少具有如下有益效果：

相关技术着重于制备SnFe₂O₄纳米材料，使用的SnFe₂O₄纳米材料普遍具有球形形貌，然而，纳米材料容易团聚，从而会失去小尺寸效应和大比表面积，从而影响负极材料的电化学性能。本发明的SnFe₂O₄为微米粒子，可避免纳米粒子容易团聚的问题，提高材料的形貌结构均匀性，从而提高材料的电化学性能；同时本发明的SnFe₂O₄微米粒子具有立方形反尖晶石结构，相比于正尖晶石或混合尖晶石结构，更有利于Li⁺在晶格中的快速脱嵌。

在本发明的一些实施方式中，所述SnFe₂O₄微米粒子的粒径为2～10μm。