[發(fā)明專利]一種氧化亞錫納米片的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210153297.6
• 申請(qǐng)日: 2012-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN102642865A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春忠;胡彥杰;孔令艷;張玲;侯曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G19/02
• 分類號(hào): C01G19/02;B82Y40/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)錫氧化物的制備方法，具體涉及氧化亞錫納米片的制備方法。

背景技術(shù)

隨著便攜式電子設(shè)備廣泛地進(jìn)入社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，人們對(duì)鋰離子電池的容量和質(zhì)量提出了更高的要求。錫基氧化物有較高的能量密度，是近年來(lái)鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)之一。氧化亞錫由于其極高的比容量（理論比容量為876mAh/g），更是在這一領(lǐng)域受到極大的關(guān)注。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)這類貯鋰材料的研究非常活躍，但從隨后報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，都難以令人滿意。原因是，錫基材料在嵌鋰合金化和脫合金化過(guò)程中存在著巨大的體積膨脹和收縮。這種體積變化造成嚴(yán)重的機(jī)械應(yīng)變，導(dǎo)致鋰合金晶格畸變，最后導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中電極的退化，極大地限制了電極的循環(huán)壽命。本發(fā)明將氧化亞錫的制備降至納米級(jí)，通過(guò)調(diào)控工藝制備出片狀結(jié)構(gòu)，這種納米級(jí)結(jié)構(gòu)緩沖了鋰離子嵌脫過(guò)程中的體積變化，從而使得在鋰電循環(huán)中電極材料不至于粉化，繼而提高其循環(huán)性能。但是氧化亞錫是亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，自然界中不存在，目前的制備方法也比較復(fù)雜。

目前，制備納米氧化亞錫的最普遍的方法是熱化學(xué)氣相沉積法，即以粉末為原材料，將其放置于管式爐的加熱區(qū)域，在惰性氣體的高溫下形成氧化亞錫/氧化錫蒸汽，在惰性氣流的下游放置基板，從而使氧化亞錫/氧化錫蒸汽碰撞、液化，繼而凝結(jié)成納米級(jí)的氧化亞錫粉末。

與傳統(tǒng)的熱化學(xué)氣相沉積法相比，噴霧燃燒法設(shè)備簡(jiǎn)單，不需任何基板和催化劑，合成迅速，成本低、周期短，適合大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)；同時(shí)，作為鋰離子電池負(fù)極材料，納米片狀結(jié)構(gòu)在保證比容量的同時(shí)大大提高了材料的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氧化亞錫納米片的連續(xù)化制備方法。

本發(fā)明專利的構(gòu)思如下：

錫鹽前驅(qū)體的乙醇溶液通過(guò)進(jìn)料器以一定的進(jìn)料速率經(jīng)氧氣壓力霧化擴(kuò)散后進(jìn)入反應(yīng)器，在氫氣/空氣擴(kuò)散火焰的輔助下，前驅(qū)體溶液燃燒熱解，錫鹽蒸氣在高溫火焰中經(jīng)熱分解形成錫單質(zhì)，由于擴(kuò)散氣體及輔助空氣所提供的氧化氣氛有限，所以前驅(qū)體進(jìn)行的是不完全燃燒，生成的CO和H₂使反應(yīng)區(qū)處于一個(gè)還原氣氛下。同時(shí)錫原子與有限的氧原子反應(yīng)生成氧化亞錫原始顆粒。沿著溫度梯度的方向，氧化亞錫經(jīng)歷凝結(jié)、成核、碰撞以及團(tuán)聚生長(zhǎng)等過(guò)程，在火焰中以及火焰上方，隨著溫度梯度的方向，氧化亞錫經(jīng)過(guò)成核和生長(zhǎng)的過(guò)程，最終形成氧化亞錫納米顆粒。當(dāng)在火焰上方某一高度通入惰性氣體（如N₂），對(duì)火焰中原位生成的氧化亞錫淬冷，導(dǎo)致其表面溫度的急速下降，在生長(zhǎng)中的顆粒周圍形成非對(duì)稱的溫度場(chǎng)，氧化亞錫小顆粒碰撞成液滴，凝固，并沿[001]、[100]和?[110]晶向生長(zhǎng)，由于在[001]晶向的生長(zhǎng)比較緩慢，因此主要在（001）晶面上生長(zhǎng)，最終長(zhǎng)成納米片狀的SnO。

本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案如下：

一種氧化亞錫納米片的制備方法，包括如下步驟：

（1）配制濃度為0.2～0.8?mol/L的辛酸亞錫的乙醇溶液作為前驅(qū)體溶液；

（2）將所述前驅(qū)體溶液經(jīng)進(jìn)料器在外部氧氣的擴(kuò)散壓力霧化下以3~8ml/min的進(jìn)料速率通入燃燒反應(yīng)器，在1000~1300℃進(jìn)行燃燒熱解反應(yīng)；在氫氣/空氣的擴(kuò)散火焰上方一定距離(溫度為450~800℃)處引入惰性氣體對(duì)原位生成的顆粒進(jìn)行快速淬冷，在60～100℃下收集即得到所述氧化亞錫納米片；

所述氫氣/空氣的總氣體流量為1.3~1.8m³/h，所述氫氣/空氣的體積比為1:3~1:5。

所采用的前驅(qū)體為辛酸亞錫，進(jìn)料速度為3~8ml/min。

所述惰性氣體的流量為300～500L/h。

所述氧化亞錫納米片的厚度為30～50nm，直徑為100～400nm。

所述氧化亞錫納米片可用作鋰離子電池負(fù)極材料，在鋰電循環(huán)中有較高的比容量和好的循環(huán)性能。

本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)，而且制備出的氧化亞錫呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)，具有較高的可逆容量和優(yōu)異的循環(huán)性能，可用作鋰離子電池負(fù)極材料。

附圖說(shuō)明

圖1?是實(shí)施例1所得SnO納米片的XRD圖譜；

圖2?是實(shí)施例1所得SnO納米片的SEM電鏡照片；

圖3是實(shí)施例2所得SnO納米片的TEM電鏡照片；

圖4是實(shí)施例2所得SnO納米片的鋰電循環(huán)次數(shù)/比容量曲線。

具體實(shí)施方式