/熱解碳電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈉離子電池負(fù)極用Sn02復(fù)合材料的制備，具體涉及一種鈉離子電池負(fù)極用Sn02/熱解碳納米復(fù)合電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鈉離子電池負(fù)極材料主要包括碳基負(fù)極材料和鈦基負(fù)極材料，它們均具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，但是容量只有200?300mAh g 1O而且由于其有限的活性位點(diǎn)容量難以有很大的提尚。因此，開發(fā)新型的具有尚容量的負(fù)極材料很有意義。在對(duì)負(fù)極材料的研究中，發(fā)現(xiàn)SnO2的儲(chǔ)鈉容量為667mAh g \遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石墨和鈦基負(fù)極材料的理論容量，引起了電池材料界的廣泛關(guān)注。
[0003]然而，51102具有很大的體積效應(yīng)，導(dǎo)致在充放電過程中材料的粉化脫落，降低了電池的效率和循環(huán)穩(wěn)定性，極大地影響了這類材料的實(shí)際應(yīng)用。目前與碳復(fù)合是最常見的一種提高SnO2循環(huán)穩(wěn)定性的方法。Ying Wang等采用溶劑熱法將SnO2與多壁碳納米管復(fù)合制備的SnO2OMffCNT負(fù)極材料，在50mA g 1的電流密度下，50次循環(huán)之后容量可以保持在 400mAh g 1 (SnO2OMffCNT nanocomposite as a high capacity anode materialfor sodium-1on batteries.Electrochemistry Communicat1ns.2013 ;29:8-11)。DaweiSu等采用原位水熱法制備的SnO2O石墨稀復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料，首次容量高達(dá)1942mAh g \ 100次循環(huán)之后可逆容量依然保持在700mA h g1，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性(SnO2Ographene nanocomposites as anode materials for Na-1on batterieswith super1r electrochemical performance.Chemical Communicat1ns.2013 ；49:3131-3133)。Yunxiao Wang等以石墨為原料，制備的SnO2與氧化還原石墨稀的復(fù)合材料，即使在高的電流密度(100mA g 3下，150次循環(huán)之后容量依然可以保持在330mA hg 1 (Ultrafine Sn02nanoparticle loading onto reduced graphene oxide as anodes forsodium-1on batteries with super1r rate and cycling performances.Journal ofMaterials Chemistry A.2014 ;2:529-534)。
[0004]由此可見，通過與碳的復(fù)合可以極大地提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，但是另一方面目前報(bào)道采用的碳源均為碳納米管、石墨烯類的高成本原料，這極大地限制了其的大批量生產(chǎn)。因此開發(fā)一種低成本且容量高的負(fù)極材料非常具有科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鈉離子電池負(fù)極用SnO2/熱解碳電極材料的制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0007]I)將 0.23 ?9.02g SnCl2.2H20 加入 10 ?80mL 去離子水中，攪拌至 SnCl2.2Η20完全溶解后得溶液，向溶液中加入0.05?1.5g熱解碳，然后超聲處理10?60min，使熱解碳與Sn2+充分作用得到均勾的混合液，混合液中Sn2+的濃度為0.1?0.5mol.L S
[0008]2)將混合液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱釜后將所述聚四氟乙烯水熱釜置于均相反應(yīng)器中，然后在150?220°C下反應(yīng)60?360min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，產(chǎn)物為黑色沉淀，然后通過離心分離沉淀，將分離得到的沉淀真空冷凍干燥得到SnO2/熱解碳電極材料。
[0009]所述水熱釜的填充度控制在10?80 %。
[0010]所述熱解碳為super P。
[0011]所述super P的粒徑為30?40nm。
[0012]所述SnO2/熱解碳電極材料為SnO2/super P復(fù)合物粉體，所述復(fù)合物粉體中superP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15?35%。
[0013]所述SnO2/super P復(fù)合物粉體的粒徑為40?50nm，所述復(fù)合物粉體中SnO2的粒徑為5nm，并且SnO2生長(zhǎng)在super P的表面。
[0014]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0015]本發(fā)明以水作為溶劑，以SnCl2.2Η20作為錫源，以熱解碳為碳源，采用一步水熱法制備了納米SnO2/熱解碳復(fù)合物材料，該材料以具有高導(dǎo)電性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的熱解碳為基體，作為負(fù)極材料組裝成鈉離子電池，具有較高的電化學(xué)性能，改善了純SnO2作為鈉離子電池負(fù)極材料存在體積膨脹的缺陷，本發(fā)明使用的碳源成本低廉，材料制備方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低、重復(fù)性高、周期短、能耗低，適合大規(guī)模生產(chǎn)制備的需要，在鈉離子電池應(yīng)用方面具有顯著的科學(xué)意義。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明中熱解碳優(yōu)選super P，super P自身具有高的導(dǎo)電性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為納米尺寸，且經(jīng)過本發(fā)明的一步水熱法所制備的SnO2/super P復(fù)合材料尺寸為40?50nm，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，100次循環(huán)后容量可保持在?290mAh g \表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，super P的低成本更有利于Sn02/super P復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例2所制備的Sn02/super P復(fù)合材料的X-射線衍射(XRD)圖譜；
[0018]圖2為實(shí)施例2所制備的Sn02/super P復(fù)合材料的掃描電鏡(SEM)照片；
[0019]圖3為實(shí)施例2所制備的Sn02/superP復(fù)合材料的透射電鏡(TEM)照片，右上角為低分辨率下；
[0020]圖4為實(shí)施例2所制備的Sn02/super P復(fù)合材料的循環(huán)性能圖；其中，Cyclenumber:循環(huán)次數(shù)！Capacity:容量；Coulombicefficiency:庫倫效率。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]I)將0.524g SnCl2.2H20加入20mL去離子水中，攪拌至SnCl2.2H20完全溶解后加入0.08g super P (瑞士 timical，粒徑為30?40nm)，然后超聲處理20min (超聲功率為10ff)得到均勻的混合液，混合液中Sn2+的濃度為0.116mol.L S
[0024]2)將上述得到的混合液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱釜中后置于均相反應(yīng)器(煙臺(tái)科立化工設(shè)備有限公司，KLJX-8A)中，在200°C下反應(yīng)90min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，然后通過離心將反應(yīng)生成的沉淀分離，將分離得到的沉淀真空冷凍干燥(-65°C，10Pa，大約1h)得到Sn02/super P復(fù)合物粉體；
[0025]3)用日本理學(xué)D/max2000PCX-射線衍射儀分析樣品(Sn02/super P復(fù)合物粉體)，發(fā)現(xiàn)樣品與JCPDS編號(hào)為71-0652的四方晶系的SnO2結(jié)構(gòu)一致且有比較明顯的碳的峰出現(xiàn)；將該樣品用美國FEI公司S-4800型的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)進(jìn)行觀察，可以看出所制備的Sn02/super P復(fù)合材料為粒徑40?50nm的球狀顆粒；進(jìn)一步通過美國FEI公司TecnaiG2F20S-TWIN型的場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可以看出粒徑大約為5nm的SnO2均勾的生長(zhǎng)在super P的表面；經(jīng)過TG/DSC測(cè)試分析，SnO Jsuper P復(fù)合材料中super P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.6% ；
[0026]4)以所制備的Sn02/super P復(fù)合物粉體作為鈉離子電池負(fù)極材料，組裝成電池。使用BTS電池充放電測(cè)試儀測(cè)試其充放電性能，可以看出Sn02/super P復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，相比于純的SnOjP super P其循環(huán)穩(wěn)定性均有所提高。
[0027]實(shí)施例2
[0028]I)將1.048g SnCl2.2H20加入20mL去離子水中，攪拌至SnCl2.2H20完全溶解后加入0.2g super P (瑞士 timical，粒徑為30?40nm)，然后超聲處理30min (超聲功率為10ff)得到均勻的混合液，混合液中Sn2+的濃度為0.232mol.L S
[0029]2)將上述得到的混合液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱釜中后置于均相反應(yīng)器(煙臺(tái)科立化工設(shè)備有限公司，KLJX-8A)中，在180 °C下反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，然后通過離心將將反應(yīng)生成的沉淀分離，將分離得到的沉淀真空冷凍干燥(-65°C，10Pa，大約1h)得到Sn02/super P復(fù)合物粉體；
[0030]3)用日本理學(xué)D/max2000PCX-射線衍射儀分析樣品(Sn02/super P復(fù)合物粉體)，發(fā)現(xiàn)樣品與JCPDS編號(hào)為71-0