本发明属于锂电池负极领域，更具体地，涉及一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法。
背景技术：
金属锂负极具有高理论容量(高达3860mah/g)和最低电化学电势(-3.040v，相对于标准氢电极)，能够满足人类对高能量密度锂电池的要求。但是，金属锂负极存在着枝晶生长、高反应活性、巨大体积膨胀等问题。以导电的碳材料作为锂负极的框架能够有效容纳金属锂的沉积、抑制金属锂体积膨胀，从而提高电池的综合性能，然而金属锂与碳材料的浸润性差，熔融的金属锂很难直接复合在碳框架上。
目前，碳框架/金属锂复合负极的制备方法主要有电化学沉积法和熔融金属锂灌入法。采用电化学沉积法，锂的初始沉积难以控制，易出现锂沉积不均匀的现象，且需要通过制备“牺牲电池”进行预循环来预沉积金属锂，预沉积完成后将“牺牲电池”拆卸并抛弃，这个过程会造成人工和成本的大量浪费。而熔融金属锂灌入法制备工艺简单、易于操作、无需“牺牲电池”，且金属锂在框架中分布均匀，但金属锂与碳框架间的润湿性差，需要对碳框架表面进行改性。碳框架表面的改性方法主要有电镀法和化学气相沉积法。但这些改性方法还存在着一些不足之处，如对设备要求高，制备成本高，需要进行后续热处理，或使用有毒有害的有机物等，这些缺点在很大程度上限制了碳框架/锂复合负极的制备及其应用。因此，亟需一种价格低廉的、对环境友好的、简单易操作的碳框架/锂复合负极及其制备方法。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法，其目的在于，对碳框架进行改性，使金属锂与改性碳框架能够紧密结合，得到稳定的锂金属复合负极，且工艺简单、对环境友好。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极制备方法，包括如下步骤：
通过氧化锑锡对碳框架进行改性，得到改性碳框架；使金属锂与改性碳框架结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
作为进一步优选的，将氧化锑锡粉末分散于溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液，将该氧化锑锡悬浊液滴加在碳框架上，使氧化锑锡物理吸附在碳框架上，得到改性碳框架。
作为进一步优选的，氧化锑锡粉末的粒径为5nm～500nm。
作为进一步优选的，氧化锑锡粉末的粒径为20nm～200nm。
作为进一步优选的，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的5wt％～80wt％。
作为进一步优选的，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的20wt％～40wt％。
作为进一步优选的，将氧化锑锡粉末超声分散在水或乙醇溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液。
作为进一步优选的，将熔融的金属锂与改性碳框架直接接触，通过虹吸效应将金属锂吸入改性碳框架中，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
作为进一步优选的，将熔融的金属锂滴加到改性碳框架中，金属锂与改性碳框架表面的氧化锑锡发生氧化还原反应，从而使金属锂与改性碳框架紧密结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
作为进一步优选的，按照本发明的另一方面，提供了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极，其采用上述制备方法制备得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过氧化锑锡对碳框架进行改性，氧化锑锡易吸附在碳框架表面，其能够提高金属锂与碳框架间的润湿性，进而使金属锂与改性碳框架能够紧密结合，得到稳定的锂金属复合负极，工艺简单环保、无需后续热处理，且设备要求低、成本低，易于大批量生产。
2.本发明采用的氧化锑锡是化学性质稳定、廉价的氧化物，且其制备工艺成熟，易制备出不同尺寸的纳米颗粒；同时本发明通过将氧化锑锡粉末制备成的氧化锑锡悬浊液滴加在碳框架上，使氧化锑锡物理吸附在碳框架上，整个过程简单，且氧化锑锡能够大量、均匀的附着在碳框架上。
3.本发明对采用的氧化锑锡粉末颗粒大小进行研究，当氧化锑锡颗粒过小，将会容易出现团聚，不利于其均匀吸附在碳框架上；而当氧化锑锡颗粒过大，会使得后续氧化锑锡与金属锂的活性接触表面过少，不利于其发生氧化还原反应，导致金属锂与改性碳框架结合不够紧密。
4.本发明改性碳框架中氧化锑锡含量进行研究，占若氧化锑锡占比过少，氧化锑锡与碳框架原位反应的生成物含量少，不足以诱导金属锂完全灌入；若氧化锑锡占比过大，氧化锑锡改性碳框架与熔融的金属锂一经接触，将会形成大量li2o氧化层，阻碍金属锂与氧化锑锡的进一步反应。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极、氧化锑锡、碳框架的xrd图谱；
图2是本发明实施例2制备的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的截面sem图；
图3是本发明实施例3制备的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的截面sem图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极制备方法，具体包括如下步骤：
s1、通过氧化锑锡对碳框架进行改性，得到改性碳框架；
具体的，将氧化锑锡粉末超声分散在水或乙醇溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液；将该氧化锑锡悬浊液滴加在碳框架上，并进行干燥，使氧化锑锡物理吸附在碳框架上，得到改性碳框架；碳框架种类不限制，如碳纤维、碳纳米管、碳纳米片等均可。
优选的，氧化锑锡粉末的粒径为5nm～500nm，进一步优选为20nm～200nm。
优选的，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的5wt％～80wt％，进一步优选为20wt％～40wt％。
s2、将熔融的金属锂灌入改性碳框架中，待冷却后得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
具体的，将金属锂在氩气等保护气氛下加热至熔化，然后采用以下两种方法中的一种，使熔融金属锂与改性碳框架结合：1)将熔融的金属锂与改性碳框架直接接触，通过虹吸效应将金属锂吸入改性碳框架中，冷却后得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极；2)将熔融的金属锂滴加到改性碳框架中，熔融的金属锂与改性碳框架表面的氧化锑锡发生氧化还原反应，生成li3sbo4、li8sno6、li7sn3、li3sb等化合物，从而使金属锂与改性碳框架紧密结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
以下为具体实施例：
实施例1
将200nm氧化锑锡粉末超声分散于乙醇中，制备出氧化锑锡悬浊液；将该悬浊液滴加于碳纤维上，并烘干，制得氧化锑锡改性的碳框架，其中氧化锑锡的含量为80wt％；将氧化锑锡改性的碳纤维框架放置于熔融的金属锂表面，金属锂通过虹吸现象吸入改性的碳框架中，待冷却后，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。该基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极与未经处理的氧化锑锡、碳框架的xrd图谱如图1所示，锂金属复合负极的xrd特征峰的相对强度明显较高。
实施例2
将5nm氧化锑锡超声分散于水中，制备出氧化锑锡悬浊液；将该悬浊液滴加于碳纤维上，并烘干，制得氧化锑锡改性的碳框架，其中氧化锑锡的含量为5wt％；将熔融的金属锂滴加在氧化锑锡改性的碳纤维框架表面，金属锂通过重力渗入改性的碳框架中，待冷却后，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极，其截面sem图如图2所示，可以观察到碳纤维框架的结构，且与金属锂紧密集合。
实施例3
将50nm氧化锑锡超声分散于水中，制备出氧化锑锡悬浊液；将该悬浊液滴加于碳纤维上，并烘干，制得氧化锑锡改性的碳框架，其中氧化锑锡的含量为20wt％；将熔融的金属锂滴加在氧化锑锡改性的碳纤维框架表面，金属锂通过重力渗入改性的碳框架中，待冷却后，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极，其截面sem图如图3所示，可以观察到碳纤维框架的结构，且与金属锂紧密集合。
实施例4
将500nm氧化锑锡超声分散于水中，制备出氧化锑锡悬浊液；将该悬浊液滴加于碳纤维上，并烘干，制得氧化锑锡改性的碳框架，其中氧化锑锡的含量为40wt％；将熔融的金属锂滴加在氧化锑锡改性的碳纤维框架表面，金属锂通过重力渗入改性的碳框架中，待冷却后，得到氧化锑锡改性碳框架/锂复合负极。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过氧化锑锡对碳框架进行改性，得到改性碳框架；使金属锂与改性碳框架结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
2.如权利要求1所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，将氧化锑锡粉末分散于溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液，将该氧化锑锡悬浊液滴加在碳框架上，使氧化锑锡物理吸附在碳框架上，得到改性碳框架。
3.如权利要求2所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，氧化锑锡粉末的粒径为5nm～500nm。
4.如权利要求3所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，氧化锑锡粉末的粒径为20nm～200nm。
5.如权利要求1所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的5wt％～80wt％。
6.如权利要求5所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的20wt％～40wt％。
7.如权利要求2所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，将氧化锑锡粉末超声分散在水或乙醇溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液。
8.如权利要求1-7任一项所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，将熔融的金属锂与改性碳框架直接接触，通过虹吸效应将金属锂吸入改性碳框架中，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
9.如权利要求1-7任一项所述的基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，将熔融的金属锂滴加到改性碳框架中，金属锂与改性碳框架表面的氧化锑锡发生氧化还原反应，从而使金属锂与改性碳框架紧密结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。
10.一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备而成。
技术总结