[發(fā)明專利]粒徑小于50納米的中空錫合金納米顆粒的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310279773.3
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103441243A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許鑫華;畢朋;石永倩;范欣;姜安妮
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種粒徑小于50納米的錫顆粒的制備和應(yīng)用，即中空錫顆粒納米材料的制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色高效的能源儲存技術(shù)顯得尤為重要。鋰離子電池是現(xiàn)階段非常先進的電化學(xué)儲能和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，相對于其他電池來說，鋰離子電池具有高電壓，高能量密度，循環(huán)壽命長，對環(huán)境友好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電動、混合動力汽車，筆記本電腦，移動通信，航空航天等領(lǐng)域。

鋰離子電池的性能很大程度上由正、負極材料決定。相對于正極材料的研究比較成熟來說，負極材料的研究有待突破。傳統(tǒng)的鋰離子電池負極材料是石墨，其理論質(zhì)量比容量僅為372mAh?g^-1，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在市場對鋰離子電池大功率、高容量的要求。因此，尋找一種高比容量，安全性能高，成本低的負極材料代替石墨是開發(fā)高性能鋰離子電池的首要任務(wù)。

在新一代的鋰離子電池負極材料中，金屬錫（Sn）可以與鋰（Li）形成Li_4.4Sn，其理論容量約為990mAh?g^-1，遠遠高于石墨的理論容量，并且安全性能高，成本低，是非常有前途的新型鋰離子電池負極材料。但是當(dāng)金屬錫作為鋰離子電池的負極材料時，在嵌鋰和脫鋰過程中會有巨大的體積膨脹（300%），從而導(dǎo)致電極中活性物質(zhì)的粉化，致使容量迅速下降，循環(huán)性能很差。這是阻礙錫應(yīng)用于鋰離子電池的最主要原因。

將負極材料的尺寸做到納米級別可以有效的緩解鋰離子電池充放電時的體積膨脹，較好的改善其循環(huán)性能。另外將負極材料做成中空的結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生體積膨脹時，材料內(nèi)部中空的空間可以起到緩解應(yīng)力的作用，很好的緩解體積膨脹，有效的提高電池的循環(huán)性能。

將納米級別的錫顆粒做成中空的結(jié)構(gòu)，可以集合上述兩種方法的優(yōu)點，改善錫作為鋰離子電池負極材料循環(huán)性能差的現(xiàn)狀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種尺寸比一般錫納米顆粒要小，粒徑小于50納米的中空錫合金納米顆粒的制備方法，。首先以硼氫化鈉為還原劑制備納米級別的錫顆粒，然后利用置換的方法制備中空的錫合金納米顆粒。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

粒徑小于50納米的中空錫合金納米顆粒的制備方法，步驟如下：

1）配置0.01～0.04g/ml的稀硫酸水溶液，稱取硫酸亞錫（SnSO₄）加入到該溶液中，形成濃度為0.01～0.04g/ml的硫酸亞錫溶液，稱取聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加到上述溶液中形成溶液A，其中PVP濃度為0.001～0.0025g/ml；

2）配置0.002～0.008g/ml的硼氫化鈉水溶液，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH≧12，得到溶液B；

3）將溶液A逐滴滴加到溶液B中，直到?jīng)]有氣泡產(chǎn)生為止，待反應(yīng)結(jié)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(zhì)，得到黑色顆粒；

4）配置0.0015～0.006g/ml的氯化銅無水乙醇溶液C，取制得的錫納米顆粒于溶液C中，超生分散并磁力攪拌使錫顆粒均勻分散到溶液C中，錫顆粒的濃度為0.005～0.0075g/ml，水浴加熱60～80°C并在N₂保護條件下反應(yīng)2～5小時；

5）待反應(yīng)結(jié)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(zhì)，最后得到黑色顆粒。

本發(fā)明所制備的中空錫合金納米顆粒，粒徑小于50nm，相對于一般的錫納米顆粒尺寸為100～200nm而言，尺寸要小很多。而且粒徑較均一，實驗方法簡單，實驗條件易達到。該納米材料可應(yīng)用于鋰離子電池的負極材料。

附圖說明

圖1為實施例1制備錫納米顆粒樣品的透射電鏡圖片。

圖2為實施例1制備置換2小時的中空錫合金顆粒樣品的透射電鏡圖片。

圖3為實施例2制備置換3小時的中空錫合金顆粒樣品的透射電鏡圖片。

圖4為實施例3制備置換4小時的中空錫合金顆粒樣品的透射電鏡圖片。

圖5為實施例4制備置換5小時的中空錫合金顆粒樣品的透射電鏡圖片。

具體實施方式

本發(fā)明實施例中所用的原料均為市購產(chǎn)品，純度為分析純。

本發(fā)明制備的中空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。

實施例1: