[發明專利]錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料的制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310010196.8
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103078094A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 許鑫華;畢朋;石永倩;侯紅帥;唐曉娜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種有機-無機納米復合材料的制備和應用，即金屬顆粒-有機聚合物納米復合材料的制備和應用。

背景技術

隨著電子和信息產業的迅速發展，特別是微電子機械系統、便攜式電子設備如筆記本電腦、移動電話等，以及電動車行業的發展，鋰離子電池朝著微型化、大功率的方向發展，特別對鋰離子電池的電極材料提出了更高的要求。以石墨（理論容量372mAh·g^-1）作為負極的鋰離子電池已經不能滿足其容量需求。因此高容量和循環性能良好的鋰離子電池變得尤為重要。眾所周知鋰離子電池負極材料對與電池的性能起至關重要的作用，因此研究具有高能量密度和良好循環性能的鋰離子電池負極材料具有重要的意義。

新一代的鋰離子電池負極材料包含有硅（Si），金屬氧化物，金屬單質，金屬合金等。在眾多新材料中金屬錫（Sn）由于其較低的成本和較高的理論儲鋰容量（其質量比容量為993mAh·g^-1，體積比容量為7237Ah·L^-1）成為研究熱點。

雖然錫基負極材料具有較高的理論容量，但是當它作為鋰離子電池負極材料時，在電池充放電過程中，會有巨大的體積膨脹，伴隨而來的是負極材料的粉化和電池容量的急劇下降，電池的循環壽命很短。

減小負極材料錫的尺寸，例如將錫做成納米級別的顆粒，可以緩解體積膨脹，達到改善其循環性能的目的。但是當物質的尺寸減小到納米級別時會發生顆粒之間的團聚。為了進一步提高循環性能，在納米級別的金屬錫顆粒的外表面包覆一層有機聚合物，用以阻止錫顆粒的團聚。聚吡咯（PPy）為黑色、不溶、不熔、導電的聚合物，具有高的電導率和好的電化學穩定性，而且包覆方法簡單，容易實現。

核殼材料具有雙層或多層結構,其內部和外部分別富集不同成分，使得核與殼的功能實現復合與互補,從而可以調制出有別于核或殼本身性能的新型功能材料，設計和構筑具有核殼結構的納米復合材料是近年來材料科學的前沿領域。

發明內容

本發明提供了一種聚合物包覆錫納米顆粒的方法。以購買的錫納米顆粒為基體，以吡咯（pyrrole）為單體進行化學原位聚合制得錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料。

本發明的技術方案如下：

錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料的制備方法，步驟如下：

1）稱取表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）5-10mg溶解于30ml去離子水，形成溶液；稱取0.03g納米顆粒加入到上述溶液中，超聲分散，使顆粒充分分散在溶液中，并在室溫下機械攪拌得到溶液A；

2）分別按照吡咯：錫顆粒摩爾比為1:1～3取吡咯單體（pyrrole）加到溶液A中，室溫下機械攪拌，形成溶液B；

3）按照吡咯單體：過硫酸銨摩爾比為1:1分別稱取過硫酸銨溶解于5ml去離子水中形成溶液，將此過硫酸銨溶液分別加入溶液B中，機械攪拌并在冰水條件下反應；

4）待反應結束，將溶液靜止，然后進行離心分離；分別用去離子水和無水乙醇清洗雜質，最后得到黑色顆粒。

優選錫納米顆粒和吡咯單體的摩爾比為2:1。

本發明所制備的錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料，尺寸在100-150nm之間，聚合物膜包覆均勻，分散性也較好，實驗方法簡單，實驗條件易達到。該復合材料可應用于鋰離子電池的負極材料。

附圖說明

圖1為實施例1制備錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料樣品的透射電鏡圖片。

圖2為實施例2制備錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料樣品的透射電鏡圖片。

圖3為實施例3制備錫顆粒-聚吡咯核殼納米復合材料樣品的透射電鏡圖片。

具體實施方式

本發明實施例中所用的原料均為市購產品，純度為分析純。

本發明制備的錫納米顆粒的形貌通過透射電子顯微鏡照片(TEM)顯示,采用日本JEOL型透射電子顯微鏡。

各實施例中的吡咯單體與錫顆粒的比值以及吡咯單體和過硫酸銨的比值均為摩爾比，各實施例中的數值都是經過計算得到的。

實施例1:

1）取30ml去離子水于燒杯中，稱取5mg十二烷基硫酸鈉（SDS）加入其中，攪拌溶解，然后稱取0.03g錫納米顆粒，加到上述溶液中。將燒杯放在超聲分散儀器中進行超聲分散10分鐘，使錫納米顆粒充分分散在溶液中。再將燒杯放在磁力攪拌器上，室溫下磁力攪拌1小時，使得SDS與錫納米顆粒充分混合，得到溶液A。