一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料及其制备方法和应用

本发明属于无机储能材料，具体涉及一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料及其制备方法。本发明属于战略性新型产业目录之1 新一代信息技术产业中的1.3 电子核心产业重点方向下1.3.4高端储能 储能装置材料及器件。负极材料包括钛酸锂材料、石墨类材料（如人造石墨及天然石墨等）、硬碳材料、软材料及硅基复合材料等。

背景技术：

1、当前商用锂离子电池负极石墨具有平坦的嵌脱锂电压、较高的容量、较长的循环寿命、丰富的原料以及低廉的价格，然而其质量比容量仅有372 ma h/g。氧化锡作为锂离子电池负极材料，质量比容量高达800ma h/g，体积比容量更是达到了石墨的4倍以上，而且氧化锡具有价格低廉、容量高、原料丰富等优势，不足之处是循环性能不佳。非晶材料具有以下优势：（1）非晶材料是一种原子尺度组织均一的材料，具有各向同性的特点，不仅可以减小锂离子的各向异性嵌脱以及相变带来的材料粉化，而且具有比晶体材料体积变化更小、与集流体结合力更强等优势，因而锂离子传输动力学性能和循环稳定性更好。（2）非晶态结构电极材料相对于晶体材料还具有更好的韧性和强度，能够承受更多次锂离子嵌入/脱出，寿命更长。

2、本发明拟制备一种非晶氧化锡与中间相碳微球的复合材料，作为锂离子电池高性能负极材料。这种复合负极材料嵌锂电位在0.3~0.4 v，较石墨有了一定程度的提高，可在一定程度上避免低温充电时锂镀层的形成；此外，金属sn亦可增强li+去溶剂化过程，增强sei膜的离子电导率，提高锂离子嵌脱动力学性能。因此，本发明提供的非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料作为锂离子电池负极，具有容量高、循环性能好、低温容量高且可在低温环境下快速充电等优势。

3、申请号为202011251808.9的中国专利公开一种复合纳米sno2负极材料与中间相碳微球的制备方法，采用微波辅助溶胶-凝胶法，制备纳米sno2的同时，引入中间相碳微球材料，经过一系列高温处理，制得结合度良好的纳米氧化锡-中间相碳微球复合材料。这种制备方法原料多，要用到锡酸四丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮、六氟锡酸锂、柠檬酸等，工艺复杂，性能不佳，800次循环后容量保持率为82-95%。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种新的非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料制备方法，所述制备方法简单，制备的非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料性能优异。

2、本发明的目的是以下述方式实现的：

3、一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的制备方法，包括以下步骤，

4、（1）氯化亚锡作为锡源，将氯化亚锡溶解于去离子水中配制成水溶液，氯化亚锡与水的质量比1：30~100；

5、（2）向氯化亚锡水溶液中加入中间相碳微球，氯化亚锡与中间相碳微球的质量比为1：5~10，将上述混合溶液转入水热反应釜中，随后进行水热反应，热反应温度为120 ~150℃，反应时间为6 ~ 20 h；

6、（3）水热反应结束后，将产品取出后干燥，干燥温度为60 ~ 80 ℃，干燥时间为5 ~10 h，再经球磨后即可得非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料。

7、步骤（1）中氯化亚锡纯度高于99%，中间相碳微球纯度高于99%。

8、步骤（3）中球磨时间为10 ~ 20 h。一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料，由上述制备方法制得。

9、所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料中氧化锡纳米颗粒直径为30 ~ 500 nm，中间相碳微球颗粒直径3 ~ 12 μm，部分氧化锡颗粒附着在中间相碳微球颗粒表面。

10、所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的应用，作为锂离子电池低温负极材料。

11、相对于现有技术，本发明以氯化亚锡和中间相碳微球为原料，用水热法并球磨制备了一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料。本发明制备的非晶氧化锡/中间相碳微球复合物中非晶氧化锡颗粒直径为30 ~ 500 nm，中间相碳微球颗粒直径3 ~ 12 μm，部分氧化锡颗粒附着在中间相碳微球颗粒表面。本发明所公开的制备方法制备成的非晶氧化锡/中间相碳微球，作为锂离子电池负极材料，表现出优异的性能，在室温下，1 c倍率容量达446~472 mah/g，-30℃下，1 c容量达209 ~ 224 mah/g，1000次循环后容量保持率为87% ~92 %。

12、本发明制备的非晶氧化锡与中间相碳微球的复合材料，作为锂离子电池高性能负极材料，这种复合负极材料嵌锂电位在0.3~0.4 v，较石墨有了一定程度的提高，可在一定程度上避免低温充电时锂镀层的形成；此外，金属sn亦可增强li+去溶剂化过程，增强sei膜的离子电导率，提高锂离子嵌脱动力学性能。因此，本发明提供的非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料作为锂离子电池负极，具有容量高、循环性能好、低温容量高且可在低温环境下快速充电等优势。

技术特征：

1.一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.如权利要求1所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中氯化亚锡纯度高于99%，中间相碳微球纯度高于99%。

3.如权利要求1所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中球磨时间为10 ~ 20 h。

4.一种非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料，其特征在于：由权利要求1-3任一所述制备方法制得。

5.如权利要求4所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料，其特征在于：所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料中氧化锡纳米颗粒直径为30 ~ 500 nm，中间相碳微球颗粒直径3 ~ 12 μm，部分氧化锡颗粒附着在中间相碳微球颗粒表面。

6.如权利要求5所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料的应用，其特征在于：作为锂离子电池低温负极材料。

技术总结本发明公开一种非晶氧化锡/中间相碳微复合材料及其制备方法和应用，所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料是以氯化亚锡、中间相碳微球为原料，经水热反应并球磨后所得。所述非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料中氧化锡颗粒直径为30~500 nm，中间相碳微球颗粒3~12μm，部分非晶氧化锡颗粒附着在石墨表面。本发明制备的非晶氧化锡/中间相碳微球复合材料作为锂离子电池负极材料，表现出优秀的性能，室温下，1 C容量达446~472 mAh/g，‑30℃下，1 C容量达209~224 mAh/g，1000次循环容量保持率达87%~90%。技术研发人员：魏伟,王华,张永亚,董帅,胡新成,孙印杰,郭林受保护的技术使用者：商丘师范学院技术研发日：技术公布日：2024/6/13