一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法与流程

本发明涉及化学材料制备领域技术，尤其是指一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术：

随着能源科学与技术的发展，锂离子电池在现代社会中已经成为人们生活中不可缺少的电源设备，由于生活水平的提升与越发显著的环境问题，对于锂离子电池的性能在未来的发展中提出了更高要求。因此，开发和生产高安全性、高能量、低成本、长寿命的锂离子电池是储能领域的重要研究方向。负极材料是锂离子电池的重要组成部分。目前广泛使用的是石墨类负极材料，虽然石墨负极的循环寿命长且原材料丰富，在小型锂电池上取得了成功，但由于理论比容量较低（372mah/g），在高倍率充放电时存在安全隐患，所以当锂离子电池向大型储能电池和动力电池方向发展时，石墨负极的储锂能力不足的问题将会进一步凸显。sn基负极材料具有理论比容量高、安全性能好、合成方便、成本低等优点，被认为是具有良好商业化前景的新一代锂离子电池负极材料，sn基负极材料也存在结构不稳定，循环性能较差等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，其能有效解决现有之sn基负极材料存在结构不稳定、循环性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨5-8h，取出后在干燥箱以70-90℃干燥0.5-1.5h；

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到80-90℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到500-600℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到750-900℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。

作为一种优选方案，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。

作为一种优选方案，所述步骤1）中，称取7-13g的二氧化锡粉末，将其加入到45-55ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为400-600r/m。

作为一种优选方案，所述步骤2）中，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:（1-3），取出1.5-2.5g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入4-6g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在450-550ml的水溶液中。

作为一种优选方案，所述步骤3）中，将制备好的产物与1.5-2.5g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以3-5℃/min的升温速度，保温2-4h。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

通过利用本发明方法制备出的负极材料，通过在纳米二氧化锡粉末的表面上裹上一层al2o3后，在与有机碳材料进行复合，从而制备出相应的锡基负极材料，经过50次的充放电测试后，其可逆容量能达到463.7mah/g以上，结构稳定，循环性能好，满足使用的需要。

附图说明

图1是本发明之实施例1中得到的sno2/al2o3/c复合材料的sem图；

图2是本发明之实施例1中得到的sno2/al2o3/c复合材料的循环次数-克容量的曲线图。

具体实施方式

本发明揭示了一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨5-8h，取出后在干燥箱以70-90℃干燥0.5-1.5h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取7-13g的二氧化锡粉末，将其加入到45-55ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为400-600r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到80-90℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到500-600℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:（1-3），取出1.5-2.5g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入4-6g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在450-550ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到750-900℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与1.5-2.5g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以3-5℃/min的升温速度，保温2-4h。

下面以多个实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨5h，取出后在干燥箱以80℃干燥1h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取10g的二氧化锡粉末，将其加入到50ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为500r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到90℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到550℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:1，取出1.5g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入4g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在450ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到900℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与1.5g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以3℃/min的升温速度，保温2h。

如图1所示，为本实施例中得到的sno2/al2o3/c复合材料的sem图，在图1的结构中，通过将酚醛树脂热解后的碳将al2o3/sno2颗粒粘接在一起。

将制备好的sno2/al2o3/c复合材料与cmc，以及sp按照70:15:15的比例混合后，加入乙醇溶液搅拌12h，然后在将其涂覆于铜箔上，放到干燥箱中在110℃条件下保温12h，再将铜箔取出，裁剪成圆片状，制备成纽扣电池，进行电池测试，land电池测试仪测试电池的在不同条件下的充放电性能，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达651.7mah/g与554.2mah/g，首次库伦效率为85%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量505.3mah/g，容量保持率为78%。

实施例2：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨6h，取出后在干燥箱以70℃干燥0.5h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取7g的二氧化锡粉末，将其加入到45ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为400r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到83℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到500℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:2，取出2g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入5g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在480ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到750℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与1.8g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以4℃/min的升温速度，保温3h。

经测试，本实施例中，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达632.2mah/g与524.7mah/g，首次库伦效率为83%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量490.9mah/g，容量保持率为77%。

实施例3：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨7h，取出后在干燥箱以75℃干燥0.8h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取8g的二氧化锡粉末，将其加入到48ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为450r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到84℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到560℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:3，取出1.8g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入6g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在520ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到800℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与2g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以5℃/min的升温速度，保温4h。

经测试，本实施例中，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达628.2mah/g与508.8mah/g，首次库伦效率为81%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量477.4mah/g，容量保持率为76%。

实施例4：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨8h，取出后在干燥箱以85℃干燥0.9h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取12g的二氧化锡粉末，将其加入到53ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为550r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到85℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到580℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:3，取出2.2g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入6g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在500ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到780℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与2.3g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以5℃/min的升温速度，保温4h。

经测试，本实施例中，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达618.2mah/g与494.6.8mah/g，首次库伦效率为80%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量463.7mah/g，容量保持率为75%。

实施例5：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨6h，取出后在干燥箱以83℃干燥1.2h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取13g的二氧化锡粉末，将其加入到55ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为480r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到87℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到600℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:2，取出2.4g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入5g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在540ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到840℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与2.2g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以4℃/min的升温速度，保温3h。

经测试，本实施例中，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达620.2mah/g与508.6mah/g，首次库伦效率为82%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量465.2mah/g，容量保持率为75%。

实施例6：

一种高性能锡基锂离子电池负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取一定的二氧化锡粉末溶解于去离子水中，然后放入行星球磨机中进行研磨5h，取出后在干燥箱以90℃干燥1.5h；具体是，所述二氧化锡粉末的粒径为16-24μm。并且是称取11g的二氧化锡粉末，将其加入到52ml的去离子水中，然后在行星球磨机中进行研磨，转速为600r/m。

2）按照一定的比例将二氧化锡粉末与硝酸铝混合，然后加入一定量的沉淀剂于混合物中，再将三者的混合物加入去离子水中，在搅拌过程中加热到88℃进行回流水解反应，在经过离心、洗涤、干燥后，将样品加热到540℃进行煅烧反应得到氧化铝包覆二氧化锡的复合材料；具体是，根据二氧化锡粉末与硝酸铝的重量比例为5:1，取出2.5g的硝酸铝与之前研磨的二氧化锡粉进行混合，再加入4g的沉淀剂碳酸氢铵，将混合物溶解在550ml的水溶液中。

3）将产物与有机碳源材料按比例混合后，放入管式炉中，在氩气的氛围下加热到810℃后，保温一段时间后，自然冷却到室温，获得sno2/al2o3/c三层结构的复合负极材料。具体是，将制备好的产物与2.5g酚醛树脂混合，然后放入管式炉中，在氩气氛围保护下，以3℃/min的升温速度，保温2h。

经测试，本实施例中，sno2/al2o3/c复合材料的充放电容量到达633.6mah/g与519.5mah/g，首次库伦效率为82%，如图2所示通过50次循环测试后，材料的可逆充放电容量481.5mah/g，容量保持率为76%。

本发明的设计重点在于：通过利用本发明方法制备出的负极材料，通过在纳米二氧化锡粉末的表面上裹上一层al2o3后，在与有机碳材料进行复合，从而制备出相应的锡基负极材料，经过50次的充放电测试后，其可逆容量能达到463.7mah/g以上，结构稳定，循环性能好，满足使用的需要。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。