(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111460365.9 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 温州大学新材料与产业 技术研究院 地址 325000 浙江省温州市龙湾区海 洋科 技创业园B2幢 (72)发明人 王舜　赵世强　李广辉　金辉乐　 刘权锦　张智栋　王龙玉　 (74)专利代理 机构 温州名创知识产权代理有限 公司 33258 代理人 朱海晓 (51)Int.Cl. B22F 9/24(2006.01) B22F 1/054(2022.01) B82Y 30/00(2011.01) B82Y 40/00(2011.01)H01M 4/38(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) H01M 10/054(2010.01) (54)发明名称 一种锡铁合金纳米颗粒高性能储锂储钠材 料及其应用 (57)摘要 本发明属于电极材料技术领域， 具体涉及一 种锡铁合金纳米颗粒高性能储锂储钠材料及其 应用。 本发明通过锡盐、 铁粉、 小分子有机酸三者 反应得到锡铁合金 （FeSn ­2­­） 纳米颗粒， 原料来 源广泛、 廉价易得， 同时， 制备工艺简单， 只需要 一步反应就能得到目标产物锡铁合金纳米颗粒， 有效解决了现有技术中锡铁合金材料的制备实 验条件苛刻、 操作危险、 工艺复杂等问题。 本发明 所提供的锡铁合金 （FeSn ­2­­） 纳米颗粒可作为电 池负极材料用于锂离子电池、 钠离子电池。 通过 本发明提供的锡铁合金纳米颗粒高性能储锂储 钠材料至内的锂离子电池、 钠离子电池均具有较 好的循环稳定性。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114210990 A 2022.03.22 CN 114210990 A 1.一种锡铁合金纳米颗粒高性能储锂储钠材料， 其特征在于其制备方法包括以下步 骤： 将锡盐、 铁粉、 小分子有机酸加入 溶剂中得到反应液， 将该反应液放入反应釜中， 适当温 度反应一段时间， 然后取 出反应釜冷却后， 离心、 洗涤、 干燥， 得到锡铁合金纳米颗粒； 锡盐、 铁粉、 小分子有机酸的摩尔比为1~3： 1~3： 1~5。 2.根据权利要求1所述的一种锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料， 其特征在于： 所 述锡盐为 二氯化锡或硫酸 亚锡。 3.根据权利要求1所述的一种锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料， 其特征在于： 所 使用的小分子有机酸 为抗坏血酸、 柠檬酸、 苹果 酸、 天门冬氨酸或水杨酸。 4.根据权利要求1所述的一种锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料， 其特征在于： 所 述溶剂为乙醇、 甘油、 乙二醇或二甲基甲酰胺中的一种或多种混合。 5.根据权利要求1所述的一种锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料， 其特征在于： 反 应釜中加热温度为140~210℃。 6.根据权利要求1所述的一种锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料， 其特征在于： 反 应釜中反应时间为5~25h。 7.如权利要求1~6任意一项所述的锡铁合金纳米颗粒高性 能储锂储钠材料制备锂离子 电池或钠离 子电池负极材 料的应用。 8.一种电池， 其为锂离子电池或钠离子电池， 其特征在于： 其采用如权利要求1~6任意 一项所述的锡铁合金纳米颗粒高性能储 锂储钠材料作为负极材 料。 9.根据权利要求8所述的电池， 其特 征在于其制备 方法包括以下步骤： (A) 称取锡铁合金纳米颗粒高性能储锂储钠材料、 乙炔黑和海藻酸钠， 加入适量蒸馏 水， 混合均匀， 研磨搅拌成浆糊状， 涂布在铜箔上； (B) 将涂好锡铁合金负极材料的铜箔进行干燥、 切片、 组装、 压片， 即得到所述锂离子 电池或钠离 子电池。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114210990 A 2一种锡铁合金纳米颗粒 高性能储锂储钠材料及其应用 技术领域 [0001]本发明属于电极材料技术领域， 具体涉及 一种锡铁合金纳 米颗粒高性能储锂储钠 材料及其应用。 背景技术 [0002]由于化石能源的不断消耗及其使用对环境的不断破坏， 人们将更多的注意力投向 清洁能源和可再生能源， 二次电池 （即可充电电池） 得到了广泛关注。 锂离子电池已经得到 了一定的发展， 现已用于便携式电子 设备、 电动汽 车等领域。 由于大规模地使用电动汽车来 取代燃油交通工具， 不断增加的能量密度需求给电池带来了很大 的挑战。 锂离子电池不仅 具有高的能量密度， 还具有循环寿命长、 重量轻、 自放电小等优点受到人们广泛关注。 同时 低成本的钠离子电池作为锂离子电池的替代品， 也备受关注， 但高性能储钠电极材料仍处 于研发阶段， 并没有大规模的商业 化应用。 [0003]锂离子电池、 钠离子电池主要是由正极、 负极、 电解液、 隔膜以及外壳五部分组成。 目前商业化的锂电负极材料为石墨， 虽然具有好的循环稳定性， 但是其储锂容量仅为 372mAh g‑1， 难以满足人们日益增长的需要 。 此外， 钠离子电池还没有大规模的商业化， 理想 的负极材料正在研发之中。 锡不仅具有容量高、 电导率好、 储量大 的优点， 而其理论储锂和 储钠容量分别高达993和84 7mAh g‑1， 是一种理想的新型高容量锂电钠电负极材料。 然而， 由 于锡在锂化过程中会发生高达260%的体积膨胀， 大尺寸的活性材料颗粒会发生粉碎， 并从 集流体上脱落， 新产生的金属表面会不断消耗电解液形成新的固体电解质 （S EI） 膜， 导致循 环性能衰减。 解决锡基负极材料的体积膨胀问题的一个主要 策略就是： 合金化， 与锡形成合 金化分为活性金属合金化和惰性金属合金化， 活性金属如Ge、 Sb、 Mg等， 这一类金属在反应 过程中与锂发合金化生反应， 贡献容量但有体积 变化， 惰性金属如Fe、 Co、 Cu等， 不与锂发生 反应但结构稳定， 循环后会分布在电极材料中形成缓冲框架， 起到抑制锡的体积膨胀和减 少锡聚集的作用。 [0004]现有技术中关于FeSn2用于锂离子电池的合成方法主要包括还原法、 高能球磨法、 电弧熔炼法、 粉末退火 法。 其中还原法， 包括油胺还原法和硼氢化钠还原法。 [0005]具体制备 过程例如以下几种方法： 1.油胺还原法 （Nanoscal e,2018,10,6827 –6831） 是在氮气气氛下， 将FeCl2和SnCl2 混合在油胺中进行反应， 随后冷却， 甲苯淬灭， 沉淀出锡铁合金； 2.硼氢化钠还原法 （ Power Sources ,2017， 343,296 ‑302） 是先后将FeCl2、 SnCl2中 的Fe2+、 Sn2+还原成Fe、 Sn， 新生成的Sn具有很强的活性， 与Fe生成FeSn2合金。 上述还原方法 有的用到了强还原剂硼氢化钠， 有的需要在真空或者通氮气的条件下高温反应， 整个操作 流程要求苛刻， 较危险； 3.球磨法 （ J.Electr ochem. Soc， 2016， 163， A1306 ‑A1310） ， 就是将Fe粉、 Sn粉装入 高能球磨罐中， 通过球磨 机的转动， 使样品与球磨罐、 磨球产生摩 擦， 进行Fe粉、 Sn粉颗粒的 粉碎， 锡铁合金颗粒的再生成， 球磨法一般球磨机的运行周期比较长， 合成效率低；说　明　书 1/6 页 3 CN 114210990 A 3