[發(fā)明專利]一種多孔碳球負載M-Sn合金納米粒子復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410535826.8
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104300151B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫鳴;陳世培;邢柯
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔碳球負載M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金納米粒子復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著對新能源、新型材料的研發(fā)與利用的研究進展，研究者們逐漸將目光轉(zhuǎn)移到擁有廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的鋰離子電池電極材料的研究中。鋰離子電池作為一個有效的可持續(xù)能量存儲體系，具有體積小、質(zhì)量輕、電容量大、電壓高、安全、無污染等優(yōu)點，已經(jīng)成為當今國際公認的理想化學(xué)能源，已經(jīng)廣泛用于移動通訊工具、電動車等產(chǎn)品中，未來有望在更廣闊的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。其中，錫基合金為鋰離子電池負極材料具有高理論比容量，且儲量豐富，對環(huán)境無污染，但由于納米粒子容易團聚，導(dǎo)致在電池的充放電程中，容量急劇下降，且循環(huán)性能不穩(wěn)定，從而局限其進一步的發(fā)展應(yīng)用。

本發(fā)明即從克服此困局為出發(fā)點，利用多孔碳球的孔壁為納米粒子提供載體，將金屬納米粒子負載于多孔碳球孔壁上，不僅可以克服金屬氧化物納米粒子之間的團聚，還可利用多孔碳球的框架結(jié)構(gòu)來提供復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利用它們之間共同的優(yōu)勢，大大拓寬合金納米粒子和多孔碳球的應(yīng)用范圍，在化學(xué)電源、催化劑和藥物載體以及氣體傳感器等方面具有重要的應(yīng)用價值。所以探索簡單、有效的多孔碳球負載金屬氧化物納米顆粒復(fù)合材料的控制合成方法，對于此類復(fù)合材料的研究和應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多孔碳球負載M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金納米粒子復(fù)合材料的制備方法，工藝簡單，所制備的復(fù)合材料能夠有效抑制合金納米粒子的團聚和體積膨脹，由此制備的鋰離子電池負極材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，相應(yīng)的鋰離子電池比容量高、循環(huán)性能好。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種多孔碳球負載M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金納米粒子復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

稱取多孔碳球加入到溶劑中超聲分散后，再加入錫鹽超聲混勻，攪拌加熱反應(yīng)，達到200~300℃后，加入事先溶解的另一種鹽（鐵鹽或鈷鹽或鎳鹽）和還原劑，高溫回流反應(yīng)0.5~3h，結(jié)束后進行離心洗滌收集產(chǎn)物得到多孔碳球負載M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金納米粒子復(fù)合材料；其中：

所述多孔碳球的濃度為0.2~1.0mg/mL；

所述錫鹽為SnCl₂·2H₂O，濃度為0.005~0.05mol/L；

所述鐵鹽為FeCl₃，濃度為0.005~0.05mol/L；

所述鈷鹽為CoCl₂·6H₂O，濃度為0.005~0.05mol/L；

所述鎳鹽為NiCl₂·6H₂O，濃度為0.005~0.05mol/L；

所述還原劑為NaBH₄，濃度為0.01~0.2mol/L。

本發(fā)明中，所述多孔碳球的制備方法，具體步驟如下：

(1)?去離子水溶解氯乙酸鈉后，加入加濕器中，通過霧化產(chǎn)生霧滴，并引入惰性氣體；

(2)?通過控制惰性氣體流速將霧滴導(dǎo)入500~800℃工作的管式爐石英管中，通過爐體的過程中，霧滴快速脫水收縮轉(zhuǎn)化為固體的多孔碳球；

(3)?用無水乙醇收集從石英管中排出的固體顆粒，離心分離、干燥得到多孔碳球，其中：

所述氯乙酸鈉的濃度范圍為0.5~2mol/L；

所述惰性氣體為氬氣或氮氣；

所述氣體流速范圍為0.5~2.5L/min。

本發(fā)明中，所述溶劑為三乙二醇或四乙二醇。

本發(fā)明中，所述M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金，當M=Fe時，為SnFe；

當M=Co時，為SnCo；

當M=Ni時，為SnNi。

本發(fā)明中，所述洗滌是用去離子水和無水乙醇依次洗滌產(chǎn)物。

由于采用上述方案，本發(fā)明具有以下有益效果：?

1、本發(fā)明實現(xiàn)了利用常見的無機鹽和已通過高溫噴霧熱解法制備的多孔碳球為反應(yīng)的前驅(qū)體，通過簡易方法一步法首次合成了多孔碳球負載M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金納米粒子復(fù)合材料。

2、本發(fā)明的方法對產(chǎn)物中負載的氧化物納米顆粒的粒徑大小有很高的調(diào)控性。

3、本發(fā)明采用高溫回流法，具有很強的通用性。