[發明專利]一種蜂窩狀二氧化錫材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710087346.3
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106830058A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王春棟;敖翔;江建軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01G19/02
• 分類號: C01G19/02;C01B32/05;H01M4/48;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)42224
• 代理人: 張英

技術領域

本發明屬于材料與電化學儲能器件領域，更具體地，涉及一種蜂窩狀二氧化錫材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代生活和工業生產對化石燃料的需求量不斷增加，地球正面臨著日益嚴峻的環境問題，這也刺激著人們探索可大規模應用的清潔可再生能源，而對于大部分可再生能源，例如太陽能、風能等都是間歇性，因此發展高效率能源存儲技術對可再生能源的大規模應用顯得格外重要。

二次鋰離子電池作為一種優異的能源存儲器件近年來得到了迅速的發展，并被廣泛應用于各種便攜式電子設備及電動汽車當中，同時，由于地球上鋰儲量的限制，對鈉離子電池的研發也受到越來越多關注。因此研發高性能的鋰(鈉)離子電池電極材料顯得尤其重要。與商業石墨相比，二氧化錫具有更高的理論比容量，關于二氧化錫作為鋰(鈉)離子負極材料的研究也比較多。但無論是在鋰離子嵌入還是鈉離子嵌入的過程中，二氧化錫的體積都會發生劇烈的膨脹，并嚴重影響電極材料的循環穩定性和倍率特性。為了解決上述問題，通常采用的方式是將二氧化錫與碳復合以及設計特殊的微觀結構。因為碳不僅可以增強材料的導電性還可以對二氧化錫的體積膨脹起到一定的約束作用，并且特殊結構的設計有利于為材料的膨脹提供一定的緩沖空間。例如Lei Zhang等采用一種選擇性刻蝕的方法制備了多孔二氧化錫空心微立方體結構，其優點在于多孔及空心結構能提供更多的表面反應位點，但單純的二氧化錫材料在充放電過程中的體積膨脹厲害，易于團聚穩定性低，給材料的應用帶來極大困難(Energy Environ.Sci.,2014,7,1013–1017)；Jianping Li等采用模板法制備了二氧化錫/碳的核殼小球結構，其優點在于核殼結構不僅提供了一定的緩沖空間，同時碳包覆層也進一步避免了二氧化錫的團聚，為負極材料提供了可靠的循環穩定性，然而納米小球的分散性導致了在充放電過程中電子或離子傳輸的障礙，對電極材料的性能尤其是倍率特性產生一定的影響(CrystEngComm,2014,16,517)。基于上述方案的優點及缺點，本專利提供了更加有利的優勢來制備出高性能的蜂窩狀二氧化錫鋰(鈉)離子電池負極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種合理設計并具有優異性能的蜂窩狀二氧化錫材料及其制備方法，能夠準備出高性能，并且更加具有有利優勢的離子電池負極材料。

本發明公開了一種蜂窩狀二氧化錫材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一：二氧化硅小球的制備

取60-70mL乙醇和30-40mL去離子水于同一個燒杯中攪拌混合均勻，加入4-5mL的正硅酸四乙酯和8-10mL的質量分數為25％的氨水，在室溫下攪拌8-12小時，離心并用去離子水和酒精分別洗滌多次并干燥；

步驟二：二氧化錫包覆二氧化硅小球的制備

稱取所述步驟一種獲得的0.03-0.06g二氧化硅小球并超聲分散在50-70mL的水和乙醇混合液中，其中乙醇的體積分數為37.5-45％；之后再加入0.3-0.4g易水解的錫鹽和1.2-1.8g尿素并連續攪拌5-10分鐘后，將懸濁液轉移到100mL的水熱釜中，于160-180℃下反應12-18小時，離心洗滌并烘干后得到產物；

步驟三：蜂窩狀二氧化錫材料的制備

將所述步驟二制備的二氧化錫包覆二氧化硅小球取0.2-0.3g，超聲分散在50-70mL去離子水中，加入0.1-0.3g有機溶解物和8-10g立方晶型的水溶性鹽溶解在其中；加熱到沸騰并不斷攪拌使水分完全蒸發后得到白色粉末，將其在保護氣體的氛圍下加熱到550-700℃并保溫2-3小時后自然冷卻，將所得物分散在2-3mol/L的氫氧化鈉或氫氟酸溶液中并浸泡8-12個小時，過濾洗滌多次并烘干。

進一步地，所述易水解的錫鹽為三水合錫酸鉀、氯化錫或氯化亞錫或上述材料的水合物。

進一步地，所述有機溶解物為葡萄糖、蔗糖或檸檬酸。

進一步地，利用所述蜂窩狀二氧化錫材料的制備方法所制備出的二氧化錫材料。

進一步地，利用所述蜂窩狀二氧化錫材料的制備方法所制備的材料所生產的鋰或鈉離子電池負極材料。