[發(fā)明專利]一種錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710020744.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107026261B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何春年;秦戩;趙乃勤;李家俊;師春生;劉恩佐;何芳;李群英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明提供一種錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用，其特征在于，該材料為錫鈷合金顆粒均勻嵌入到三維中空碳球中，其錫鈷合金顆粒包括錫(Sn)，錫鈷(SnCo)，二錫化鈷(CoSn2)，其顆粒粒徑在5?50nm，碳納米管直徑在20?50nm之間，三維中空碳的壁厚約為10?30nm，該材料中錫鈷合金與碳量的質(zhì)量百分比為：(0.3?0.7):(0.7?0.3)。其制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，該材料用于鋰離子電池負(fù)極，具有良好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用，屬于鋰離子/鈉離子二次電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有重量輕、容量大、工作溫度范圍寬、自放電率低、無(wú)環(huán)境污染、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，因而得到了普遍應(yīng)用。目前的許多數(shù)碼設(shè)備都采用鋰離子電池作為電源，而且，近年來(lái)隨著新一代混合動(dòng)力汽車(HEV)和純電動(dòng)汽車(EV)日益受到關(guān)注，作為其主要?jiǎng)恿δ茉吹匿囯x子電池愈加成為技術(shù)熱點(diǎn)。

而目前工業(yè)使用的鋰離子電池負(fù)極材料為碳材料(人造石墨，天然石墨)，其理論容量?jī)H為372mAh/g，難以滿足高功率和能量密度電動(dòng)車的需求。所以，制備能夠承受大電流，長(zhǎng)充放電循環(huán)的負(fù)極材料成為了技術(shù)關(guān)鍵，同時(shí)，負(fù)極材料還必須具有較大的比表面積，較高的電導(dǎo)率，較快的Li⁺擴(kuò)散速率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。而在新型的負(fù)極材料中，錫鈷合金因具備高理論比容量，導(dǎo)電性好，安全環(huán)保，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，同時(shí)也受到日本索尼公司的產(chǎn)業(yè)化研究。然而，錫基材料存在普遍缺點(diǎn)，既在充放電過(guò)程中由于鋰離子的嵌入和脫出，會(huì)引起本身體積的劇烈膨脹，從而易于導(dǎo)致活性材料在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生粉化，進(jìn)而導(dǎo)致其循環(huán)性能和倍率性能較差。為了克服這一問(wèn)題，目前的研究發(fā)現(xiàn)，將錫基材料進(jìn)行碳包覆會(huì)對(duì)其有良好的保護(hù)效果。而在碳材料中，碳納米管由于本身具有超強(qiáng)的導(dǎo)電性、力學(xué)特性和高穩(wěn)定性等，故被視為最佳的碳包覆材料之一；同時(shí)碳納米管的加入可以提高電極中復(fù)合材料整體的導(dǎo)電性和離子傳輸性能。

本發(fā)明擬通過(guò)用錫鈷合金作為催化劑，以廉價(jià)的氯化鈉作為基體，一步原位制備碳納米管/三維碳網(wǎng)絡(luò)混合包覆錫鈷合金材料，用作鋰離子電池的負(fù)極材料，本制備方法工藝簡(jiǎn)單、安全環(huán)保，同時(shí)原料廉價(jià)易得，所制產(chǎn)品具有良好的電化學(xué)性能和良好的一致性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用。該材料為錫鈷合金納米顆粒均勻嵌入到碳納米管或三維中空碳球中構(gòu)成，其制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，該材料用于鋰離子電池負(fù)極，具有良好的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)，

一種錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用，其特征在于，該材料為錫鈷合金顆粒均勻嵌入到三維中空碳球中，其錫鈷合金顆粒包括錫(Sn)，錫鈷(SnCo)，二錫化鈷(CoSn2)，其顆粒粒徑在5-50nm，碳納米管直徑在20-50nm之間，三維中空碳的壁厚約為10-30nm，該材料中錫鈷合金與碳量的質(zhì)量百分比為：(0.3-0.7):(0.7-0.3)。

上述結(jié)構(gòu)的錫鈷合金嵌入碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1).以蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、淀粉中的一種或幾種混合為碳源，以氯化亞錫為錫源，以氯化鈷為鈷源，以氯化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉中的一種或幾種混合為模板，以錫源中的錫與鈷源中的鈷原子摩爾比為(2～5)：1，以錫源中的錫與碳源中的碳原子摩爾比為1：(10～30)，以錫源中的錫與氯化鈉的摩爾比為1：(100～200)計(jì)，將碳源、錫源、鈷源和氯化鈉加入去離子水中溶解，配成均勻溶液后；進(jìn)行真空冷凍干燥，得到混合物；