[發明專利]一種碳包裹二氧化錫中空納米刺球的制備方法

無效

• 申請號: 201410565997.5
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104393269A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 陳志文;汪文峰;侯凌癸;黃茹婷;張乾
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及應用氧化還原法制備錫球，然后利用水熱法將錫與葡萄糖反應，從而制備出性能優良的碳包裹SnO₂中空納米刺球，屬于功能性復合材料制備工藝領域。

背景技術

SnO₂是一種n型寬能帶半導體，由于其良好的導電性和光透性，在透明導電電極、固體傳感器、鋰離子電池、太陽能電池等方面有廣泛應用。目前電子行業應用的電池多數為石墨電極，理論容量僅有372?mAh·g^-1，已經不能滿足人們的需求。特別是自從Fuji?Photo?Film報道了錫基氧化物具有很高的電容量之后（780?-790?mAh·g^-1），再加上氧化錫成本低、無毒環保等優良特性，因此，將SnO₂應用于鋰離子電池方面日益引起研究者的關注。

然而，SnO₂在充放電循環過程中很容易發生較大的體積改變和大量的粒子團聚，以及較低導電率，這不可避免的導致了電極材料的粉碎和顆粒間電子觸點的損失，因此在循環過程中會導致不可逆容量損失和較差的循環穩定性。如何改性SnO₂，將其高容量性能應用到鋰離子電池，成為研究的熱點。

為解決這一問題，目前，國內外對氧化錫改性的方法很多，概括起來有兩種。一種方法是在納微米級別，制備SnO₂的各種形貌結構，如中空結構、納米棒、納米花、納米片、量子點等特殊的納米結構。以中空球形結構為例，中空結構能夠很大程度上適應循環過程中較大的體積變化。這些納米結構電極材料能有效提高電解質與活性材料的接觸面積，縮短了鋰離子的擴散路程，這樣使得電學性能明顯提高。另一種有效方式是將導電性較好碳材料與金屬氧化物復合，包括石墨烯、碳納米管、無定形碳與金屬氧化物復合。以碳包裹SnO₂復合材料為例，碳包裹SnO₂復合材料被認為是一種提升鋰離子電池循環穩定性的高效途徑。在這里碳有雙重作用，首先，對于在充放電過程中鋰離子嵌入遷出引起的活性材料體積改變，起到很好物理緩沖層作用，有效避免了粒子團聚；其次，碳能夠增加電極材料的導電性。

為獲得更好的電化學性能，本研究致力于將以上這兩種方法聯合，制備了碳包裹氧化錫的中空刺球結構。這種球形結構相對于Lou等文獻中報道的表面較光滑的結構而言，明顯提高了活性物質氧化錫與碳的接觸面積，有望在鋰離子存儲方面呈現出超強的循環穩定性和電容量。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳包裹二氧化錫中空納米刺球的制備方法

本發明一種碳包裹二氧化錫中空納米刺球的制備方法，其特征在于具有以下步驟：

a.?????????室溫下，將0.8?g聚乙烯吡咯烷酮加入到盛有50?mL一縮二乙二醇的錐形瓶中，攪拌10?min，觀察白色粉末完全溶解呈現無色；

b.????????將錐形瓶置于油浴鍋中，至溫度升高到180℃，加入1.2?g?SnCl₂?·2H₂O，加熱5-10?min；

c.?????????將0.8?g硼氫化鈉溶解于10?ml一縮二乙二醇中，用一次性吸管快速攪拌數秒后，快速逐滴加入錐形瓶中，硼氫化鈉的一縮二乙二醇溶液滴加速度10-60滴/分鐘，維持溫度油浴鍋在160-180℃，10~25?min，停止加熱，冷卻至室溫，用乙醇離心洗滌3次，真空烘箱中80℃干燥，得到純凈的球形錫；

d.????????稱量1.8~2.0?g葡萄糖于50?ml去離子水中，加入0.2?g上述的球形錫，在超聲功率為100?W的超聲儀中超聲10?min，攪拌1?h?以上，溶液呈灰色；

e.?????????將溶液轉移至反應釜中，180℃反應6~12?h，反應結束后，關閉烘箱開關，冷卻至室溫；

f.?????????打開反應釜，將棕褐色樣品用去離子水洗滌數次，再用乙醇洗滌，放入烘箱中80℃真空干燥10?h。最終制得碳包裹氧化錫中空納米刺球。?

所述的硼氫化鈉的一縮二乙二醇溶液滴加速度以30滴/分鐘為最佳。

在步驟c中，所述的油浴鍋的溫度控制在180℃，反應時間15min為最佳條件。

所述的葡萄糖的加入量以2..0?g為為佳。

所述的溶液在反應釜中反應時間為7?h時，效果最佳。

附圖說明

圖1為本發明碳包裹氧化錫中空納米刺球中單質錫的X射線衍射譜圖。?

圖2為本發明碳包裹氧化錫中空納米刺球中SnO2@C的X射線衍射譜圖。