[發明專利]一種納米棒狀組成的球形硫化錫的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201410140739.2
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103915625A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 孟輝;張小雪;謝方艷
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 張玲春

技術領域

本發明涉及一種由納米棒組成的球形硫化錫作為鋰離子電池負極材料，屬于鋰離子電池材料領域，特別是涉及一種納米棒狀組成的球形硫化錫的制備方法及應用。

背景技術

隨著電子技術的迅速發展，越來越多的工業化產品如：電視、電腦、手機、新能源汽車等已經進入人們的日常生活中，極大的改善了人們的生活條件。但是隨之而來的全球環境污染和能源日益衰竭，對體積小、質量輕、循環壽命長、比容量高的電池的要求也越來越高。與其他傳統儲能電池相比，鋰離子電池能量密度高，可達150～200Wh/kg，遠高于Ni-MH電池的60-75Wh/Kg；鋰離子電池的開路電壓很高可達3.3～4.2V，遠高于鉛酸電池的2V；此外鋰離子電池還具有輸出功率大、充放電速度快、工作溫度范圍寬等優點。這些因素都預示了鋰動力電池的未來地位將會得到體現。

硫化錫具有CdI2型層狀結構，一層錫原子夾雜在兩層硫原子之間，金屬錫離子置于兩層的硫離子之間，每個錫離子周圍有六個硫離子形成正八面體配位，即硫離子采取AB?AB六方密堆積，層內為共價鍵結合，層與層之間存在弱的范德華力。SnS2的這種層狀結構中存在很多晶格空位，可作為“插層”的主體晶格。這種結構上的優越的柔韌性使它能作為基底，通過共軛化合物的插入，形成具有獨特光電性質的插層化合物。鋰離子也可以插入其中，因此，硫化錫也被認為是有前途的鋰離子電池負極材料。而由于硫化錫負極材料在鋰離子電池充放電過程中鋰離子的插入和脫嵌，使硫化錫主體材料體積發生較大的變化，不可逆容量過高，從而很難得到實際應用。

發明內容

為了克服現有硫化錫在鋰離子電池充放電過程中的大的體積變化，不可逆容量過高的問題，本發明的目的在于提供一種納米棒狀的球形納米硫化錫的制備方法。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種納米狀棒組成的球形硫化錫的制備方法，按照以下步驟制備的：

1）按照質量比為1：2～1：8的比例稱取四氯化錫結晶粉末和硫脲，然后稱取適量的表面活性劑；

2）將步驟1）中稱取的粉末放入去離子水中，攪拌至粉末全部溶解，得到均勻混合溶液；

3）將步驟2）中得到的均勻混合溶液轉入不銹鋼反應釜中，120℃～180℃反應3～9小時；

4）將步驟3）中得到的產物過濾清洗后，在真空干燥箱中60℃烘干，得到納米棒組成的球形硫化錫材料。

本發明的制備方法，步驟1）中，四氯化錫結晶粉末和硫脲的質量比為1：4～1：6。

本發明的制備方法，步驟1）中，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，其與四氯化錫結晶粉末的質量比為1：1～1：8。

本發明的制備方法，步驟2）中，利用磁性攪拌法進行混合。

本發明的制備方法，步驟3）中，水浴加熱的溫度為120℃～180℃，反應時間為3～9小時。

本發明的制備方法，步驟3）中，反應溫度控制在120℃～160℃，保持4～8小時。

本發明的制備方法，步驟4）中，烘干溫度為60℃。

本發明的納米棒狀組成的球形硫化錫的制備方法制備出納米棒狀組成的球形硫化錫。

本發明納米棒狀組成的球形硫化錫在鋰離子電池負極材料中的應用。所述鋰離子電池負極材料為組成納米球的形貌為棒狀的硫化錫，棒與棒之間的空隙使負極材料在充放電過程中由于體積膨脹造成的活性電極分化減少。

借由上述技術方案，本發明具有的優點和有益效果是：

1、本發明由納米棒狀組成的球形硫化錫，其中將硫化錫材料納米化，大大減少了電池循環過程中，電極材料的體積效應，并且創新的制得了納米棒狀的硫化錫，而且納米棒與納米棒之間有足夠大的空隙，與普通納米片狀硫化錫相比，納米棒在鋰離子插入和脫嵌過程中，由于棒與棒之間有足夠大的空隙，不會造成主體材料相互擠壓粉化，進一步增加鋰離子電池負極材料的儲鋰容量，使得不可逆容量減小。

2、本發明所制得的材料主要應用于鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池等方面，因此，它具有前打的市場前景以及發展潛力。而且本發明所用的水熱法合成，所需設備簡單，反應條件溫和，簡單易行，成本低，易于實現工業化生產。

附圖說明

附圖用來對本發明提供進一步的理解，構成說明書的一部分，與本發明的實施案例一起用于解釋本發明。在附圖中：

圖1為硫化錫負極材料的掃描電鏡圖（其中，圖1a-1d分別為不同反應時間得到的不同的產品的掃描電鏡圖，圖1a、1b為3小時得到的納米棒，圖1c、1d為6小時得到的納米棒組成的球）。