一种钴锡碳复合负极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种钴锡碳复合负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)制备CoO-Co复合材料；(2)按Co∶Sn的摩尔比为4∶3-2∶1的配比称量上述CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，然后按重量比树脂∶(CoO-Co+SnO2)＝5∶2-4∶3的配比称取60wt％的水溶性酚醛树脂溶液，加入去离子水配成15wt％的溶液，然后加入CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，超声分散均匀后，将所得到的混合液用气流式喷雾干燥机干燥，得到核壳结构的酚醛树脂与二氧化锡和CoO-Co球形粉体的混合物；(3)在氦气氛围下，将上述混合物研磨均匀后，烧结得到钴锡碳复合负极材料。本发明制备的锂离子电池用钴锡碳复合负极材料，将具有高能量密度的Co和Sn与C复合，形成导电性能和稳定性能均较高的核壳结构。

权利要求

1.一种钴锡碳复合负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将CoCl2和嵌段式聚醚F-127溶解于正戍醇后，将所得溶液转移至高压反应釜中，于200-220℃反应6-8h，将所得固体置于真空干燥箱中，于110-130℃干燥10-15h，得到Co3O4前躯体；其中，所述的溶液中CoCl2和嵌段式聚醚F-127的浓度分别为15-20g/L和

20-25g/L；

将Co3O4前躯体在空气中于350-400℃热处理1-2h后，冷却，再于H2/N2混合气体保护条件下，于250-300℃热处理1-2h，得到CoO-Co复合材料，混合气体中，H2的体积百分比为

10-20％；

(2)按Co∶Sn的摩尔比为4∶3-2∶1的配比称量上述CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，然后按重量比树脂∶(CoO-Co+SnO2)＝5∶2-4∶3的配比称取60wt％的水溶性酚醛树脂溶液，加入去离子水配成15wt％的溶液，然后加入CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，超声分散均匀后，将所得到的混合液用气流式喷雾干燥机干燥，得到核壳结构的酚醛树脂与二氧化锡和CoO-Co球形粉体的混合物；

(3)在氦气氛围下，将上述混合物研磨均匀后，在800-900℃下烧结6-8h即得到钴锡碳复合负极材料。

说明书

一种钴锡碳复合负极材料的制备方法

所属技术领域

[0001] 本发明涉一种钴锡碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池与传统的铅酸电池和镍镉电池相比，由于具有输出电压高、能量密度高、自放电率小、寿命长等优点，已在小型电子产品中得到广泛的应用。但是随着社会的不断发展，为提高能源的利用率，对锂离子电池的体积、容量、安全性都有进一步的要求。锂离子电池的正负极材料是决定电池容量大小和安全性的重要因素，目前商业化的负极材料主要是石墨化碳负极，该材料的理论容量只有372mAh/g，同时由于密度小而导致材料的体积比容量低，从而限制了锂离子电池的进一步发展。因此，寻找一种循环稳定性好、能量密度高的锂离子电池负极材料，对于拓宽锂离子电池的使用领域具有重要意义。

[0003] 合金负极材料具有比容量大，嵌锂电位高，电解液敏感性低，导电性好等优点，但是合金负极材料在充放电过程中体积膨胀，导致活性材料粉化，电接触丧失，电池性能恶化。球形核壳结构合金复合负极材料可以缓解合金体积膨胀，避免纳米合金团聚及与电解液的直接接触，具有优良的电化学性能。

发明内容

[0004] 本发明提供一种钴锡碳复合负极材料的制备方法，使用该方法制备的负极材料，具有较高的比容量和循环稳定性。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供的一种钴锡碳复合负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0006] (1)将CoCl2和嵌段式聚醚F-127溶解于正戍醇后，将所得溶液转移至高压反应釜中，于200-220℃反应6-8h，将所得固体置于真空干燥箱中，于110-130℃干燥10-15h，得到Co3O4前躯体；其中，所述的溶液中CoCl2和嵌段式聚醚F-127的浓度分别为15-20g/L和20-25g/L；

[0007] 将Co3O4前躯体在空气中于350-400℃热处理1-2h后，冷却，再于H2/N2混合气体保护条件下，于250-300℃热处理1-2h，得到CoO-Co复合材料，混合气体中，H2的体积百分比为10-20％；

[0008] (2)按Co∶Sn的摩尔比为4∶3-2∶1的配比称量上述CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，然后按重量比树脂∶(CoO-Co+SnO2)＝5∶2-4∶3的配比称取60wt％的水溶性酚醛树脂溶液，加入去离子水配成15wt％的溶液，然后加入CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，超声分散均匀后，将所得到的混合液用气流式喷雾干燥机干燥，得到核壳结构的酚醛树脂与二氧化锡和CoO-Co球形粉体的混合物；

[0009] (3)在氦气氛围下，将上述混合物研磨均匀后，在800-900℃下烧结6-8h即得到钴锡碳复合负极材料。

[0010] 本发明制备的锂离子电池用钴锡碳复合负极材料，将具有高能量密度的Co和Sn与C复合，形成导电性能和稳定性能均较高的核壳结构，使得该复合负极材料用于锂离子电池时具有较高比容率和较长的使用寿命。

具体实施方式

[0011] 实施例一

[0012] 将CoCl2和嵌段式聚醚F-127溶解于正戍醇后，将所得溶液转移至高压反应釜中，于200℃反应8h，将所得固体置于真空干燥箱中，于110℃干燥15h，得到Co3O4前躯体；其中，所述的溶液中CoCl2和嵌段式聚醚F-127的浓度分别为15g/L和20g/L。

[0013] 将Co3O4前躯体在空气中于350℃热处理2h后，冷却，再于H2/N2混合气体保护条件下，于250℃热处理2h，得到CoO-Co复合材料，混合气体中，H2的体积百分比为10％。

[0014] 按Co∶Sn的摩尔比为4∶3的配比称量上述CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，然后按重量比树脂∶(CoO-Co+SnO2)＝5∶2的配比称取60wt％的水溶性酚醛树脂溶液，加入去离子水配成15wt％的溶液，然后加入CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，超声分散均匀后，将所得到的混合液用气流式喷雾干燥机干燥，得到核壳结构的酚醛树脂与二氧化锡和CoO-Co球形粉体的混合物。

[0015] 在氦气氛围下，将上述混合物研磨均匀后，在800℃下烧结8h即得到钴锡碳复合负极材料。

[0016] 实施例二

[0017] 将CoCl2和嵌段式聚醚F-127溶解于正戍醇后，将所得溶液转移至高压反应釜中，于220℃反应6h，将所得固体置于真空干燥箱中，于130℃干燥10h，得到Co3O4前躯体；其中，所述的溶液中CoCl2和嵌段式聚醚F-127的浓度分别为20g/L和25g/L。

[0018] 将Co3O4前躯体在空气中于400℃热处理1h后，冷却，再于H2/N2混合气体保护条件下，于300℃热处理1h，得到CoO-Co复合材料，混合气体中，H2的体积百分比为20％。

[0019] 按Co∶Sn的摩尔比为2∶1的配比称量上述CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，然后按重量比树脂∶(CoO-Co+SnO2)＝4∶3的配比称取60wt％的水溶性酚醛树脂溶液，加入去离子水配成15wt％的溶液，然后加入CoO-Co复合材料和SnO2纳米氧化物，超声分散均匀后，将所得到的混合液用气流式喷雾干燥机干燥，得到核壳结构的酚醛树脂与二氧化锡和CoO-Co球形粉体的混合物。

[0020] 在氦气氛围下，将上述混合物研磨均匀后，在900℃下烧结6h即得到钴锡碳复合负极材料。

[0021] 比较例

[0022] 在氩气气氛保护下，将Si粉、Co粉与石墨粉按照质量百分比为25％、20％、55％在球磨罐中均匀混合；在氩气气氛保护下，在球料比为10∶1和转速为300转/分钟的条件下球磨30h，即得到质量比为25∶20∶55的SiCoC负极材料。

[0023] 将上述实施例一、二以及比较例所得产物分别作为活性电极材料，组装成2032型扣式电池进行循环测试。电极材料的组成配比为：活性材料∶导电剂∶PVdF＝8∶1∶1(质量比)；对电极为金属锂；电解液为1mol/L LiPF6的EC/DMC(体积比为1∶1)溶液；隔膜为Cellgard2400微孔隔膜。在测试温度为25℃下进行电性能测试，经测试该实施例一和二的材料与比较例的产物相比，首次充放容量33-37％，使用寿命提高到1.2倍以