[發明專利]一種高電學性能二氧化錫納米管及其制備方法

有效

• 申請號: 201410475126.4
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN105481004B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 金平實;王兵兵;紀士東
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;C01G19/02
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明屬于納米功能材料領域，具體涉及一種高電學性能二氧化錫納米管及其制備方法。

背景技術

新型高能化電源技術的快速發展，對鋰離子電池電極材料提出了更高的要求。具有高能量密度、高功率密度、良好的充放電循環特性的鋰離子電池電極材料是科學家們目前研究的重點。目前，碳材料(石墨烯、無定形碳等)是商業化的鋰離子電池的主要負極材料。但是碳材料的儲鋰能力較低(石墨烯理論容量372mAh/g)，限制了鋰離子電池容量的進一步提高。二氧化錫(SnO₂)作為鋰離子電池的負極材料，其理論容量為790mAh/g，遠大于石墨烯的理論容量。因此，SnO₂被認為是目前最具商業化前景的鋰離子負極材料之一。然而由于在充放電過程中巨大的體積變化，會導致二氧化錫電極材料的粉化，由于活性物質與集流片的分離，其容量會急劇下降，電池循環性能也變差；另外，二氧化錫電極材料的首次充放電效率很低，這些都限制了其作為鋰離子電池負極材料的商業化應用。

目前，提高SnO₂鋰離子電池負極材料的方法有一般三種，一種是制備SnO₂和其它材料的復合材料，如C(CrystEngComm,2014,16,517)(30次后電池比容量衰減為515mAh/g)，Fe₂O₃(Advanced Functional Material,2011,21,385)(30次后電池比容量衰減為200mAh/g)等。這種制備方法，制備步驟繁瑣，條件苛刻，但是無論是對SnO₂的電池容量或是循環效率，其性能提高都很有限，不能達到工業化應用的水平；另一種方法是通過制備納米級的SnO₂，目前制備SnO₂的方法大都集中在水熱法制備，需要加入L-賴氨酸(專利號：200910084901.2)、N-甲基咪唑(Nanoscale,2013,5,3262)(首次充放電比容量為1898和1241mAh/g，60次后電池比容量衰減為718mAh/g)等封端劑，制備納米級尺寸的SnO₂材料。還有一種方法是制備SnO₂空心結構(small 2010,6,296)，盡管比表面積增大了，但是其循環30次后電池比容量就衰減為只有351mAh/g。可以看出，SnO₂空心管具有大的比表面積和空腔，對于提高其電池循環性能和電池容量有一定的作用，但是其電池循環性能和電池容量仍不能滿足工業化應用需求。

發明內容

本發明旨在克服現有SnO₂納米材料在作為電池負極材料方面的性能缺陷，本發明提供了一種高電學性能二氧化錫納米管及其制備方法。

本發明提供了一種高電學性能二氧化錫納米管的制備方法，所述方法包括：

1)配制含有二氧化硅納米管和/或二氧化鈦納米管、醇溶液、錫鹽以及尿素的第一混合液，其中，二氧化硅納米管/和或二氧化鈦納米管、錫鹽以及尿素三種物質，質量比為1：(1-3)：(10-25)，納米管在第一混合液中的濃度為0.5—2g/L；

2)將步驟1)制備的第一混合液置于水熱反應釜中，在140-240℃下反應0.5-12小時；

3)將步驟2)中反應完畢的第一混合液進行離心分離得到第一沉降物，并清洗所得第一沉降物；

4)將步驟3)得到第一沉降物，在300-800℃煅燒1-12小時；

5)將步驟4)中煅燒過的第一沉降物置于強堿溶液中得到第二混合液，其中，強堿的濃度為0.1—2mol/L，第一沉降物的濃度為3-8g/L；

6)將步驟5)制備的第二混合液進行離心分離得到第二沉降物，將第二沉降物清洗完畢、干燥，即得所述高電學性能二氧化錫納米管。

較佳地，步驟1)中，步驟1)中，二氧化硅納米管/和或二氧化鈦納米管、錫鹽以及尿素的質量比為1：(1.5-2.5)：(14-22.5)。

較佳地，步驟1)中，醇為乙醇、正丙醇、異丙醇和/或正丁醇。

較佳地，步驟1)中，所述錫鹽為錫酸鉀、錫酸鈉、四氯化錫、結晶四氯化錫、二氯化錫和/或二水二氯化錫。

較佳地，步驟2)中，反應溫度為160-200℃，反應時間為0.5-4小時。

較佳地，步驟4)中，煅燒溫度400-600℃，煅燒時間為2-8小時。