[發明專利]一種以CuO納米線為模板制備C/Sn@C/C一維復合納米管的方法

有效

• 申請號: 201210556114.5
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN102983315A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 楊尊先
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于新能源納米材料領域，具體涉及一種以CuO納米線為模板制備C/SnC/C一維復合納米管的方法。

背景技術

在新能源領域，鋰離子電池的研究具有重要的戰略意義，屬于熱點技術。負極材料作為鋰電池重要的組成部分，是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一。然而傳統商業化的碳材料，其容量低（372mAh/g）,?遠遠不能滿足高性能鋰電池實際應用的需求。近年來國內外專家一直致力于研究具有高容量、良好穩定性、良好循環性能、經濟環保等特點的鋰離子電池負極材料，而錫基材料由于其較高的理論儲鋰容量，被公認為是一種極具潛力的鋰離子電池負極材料，受到國內外電化學專家和學者廣泛關注。

但是，錫基材料在反復充放電的過程中，因體積嚴重膨脹而出現電極粉化現象，從而極大地降低了其循環性能，進而限制了其在鋰電領域內應用。為了進一步提高鋰離子電池的鋰存儲容量及循環穩定性，人們一直在尋求限制或者緩沖錫體積膨脹的方法，以達到提高其循環穩定性的目的。研究表明當錫基材料減小到納米級別時將會大大地減弱因體積膨脹所產生的電極粉化效應，此外，在錫基材料中加入其他材料形成復合材料也可以有效緩沖錫因體積膨脹所產生的應力，從而有效防止電極粉化現象的發生。（CN?102427127A）中提供了一種制備錫氧化物/錫碳復合材料的制備方法：將錫粉和碳粉按質量1:0.3-1:0.7的比例混合后，抽取真空，充入氧氣，采用介質擋板放電等離子體輔助高能球磨法進行球磨。（CN?101869896?A）中提供了一種錫碳復合納米纖維薄膜負極材料的制備方法?：運用靜電紡絲法將得到的摻雜錫的碳基納米纖維薄膜在一定溫度范圍內進行熱牽伸，牽伸率為5-60%，再進行預氧化，碳化。（CN?102255079?A）提供了一種鋰離子電池負極錫碳復合材料及的制備方法：用酚單體和醛單體制備出多孔高分子酚醛樹脂，再將此多孔高分子酚醛樹脂置于含錫氯鹽水溶液中，加入氨水水溶液，再經過高溫焙燒使在多孔分子酚醛樹脂中的氫氧化錫沉淀發生裂解和碳化反應，最終得到錫碳復合材料。文獻Environmental?Science?&?Technology,?2009,?43(5):?1480-1486提出的Sb?doped?SnO₂TiO₂等研究，他們的方法雖然有效提高了錫基材料電化學性能，但對于如何人為設計其成份和結構、優化或提高電極材料電極的導電性。但是他們的方法要么由于制備工藝復雜而實用化可能性不高，要么由于工藝條件限制，無法有效調控復合材料中錫成份的含量，對于復合材料鋰存儲容量提高效果有限。

綜上所述，大部分文獻或專利中提到的錫基材料，在理論上都不能有效地消除其循環性能差，初次不可逆容量過大等一系列問題。并且制備工藝也比較復雜、靈活性差，合成制備成本較高。

發明內容

本發明的目的在于直接針對錫基材料的體積膨脹效應、循環性能不好及循環穩定性較差的問題，提供一種以CuO納米線為模板制備高比表面積、高導電性和材料成份靈活可控C/SnC?/C（由外到內依次是碳、錫碳復合材料、碳）一維復合納米管的方法，本發明運用CuO模板法制備出C/SnC/C（由外到內依次是碳、錫碳復合材料、碳）一維復合納米管，制備工藝簡單，所制備的材料具有大比表面積，導電性好，在鋰二次電池電極負極材料領域有巨大的應用潛力。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種以CuO納米線為模板制備C/SnC/C一維復合納米管的方法，以CuO納米線為模板生長一維C/SnO₂C/C/CuO（由外到內依次是碳、氧化錫碳復合材料、碳、氧化銅）復合納米線，再通過無機酸選擇性腐蝕去掉CuO納米線模板，隨后再在H₂/Ar還原性氣氛中熱處理，最終得到一維C/SnC/C（由外到內依次是碳、錫碳復合材料、碳）復合納米管。

所述的制備方法包括以下步驟：

（1）采用低溫液相化學法制備出一維CuO納米線；

（2）將一維CuO納米線分散到有機酸溶液中，室溫下攪拌1-3h后，轉移到真空烘箱內進行熱處理，即得到一維C/CuO復合納米線；

（3）取1.8-2.1g?SnCl₂·2H₂O分散到有機酸溶液中并磁力攪拌，再將一維C/CuO復合納米線材料分散到其中，轉移到水熱反應釜后，置于烘箱內進行熱處理，冷卻至室溫，清洗，干燥，得到一維SnO₂C/C/CuO（由外到內依次是氧化錫碳復合材料、碳、氧化銅）復合納米線；