[發明專利]一種納米錫/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711377968.6
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108134091B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 田忠良;楊超;辛鑫;黃林峰;石俊誠;秦朗;張廷宇;賴延清;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/24;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明涉及納米復合材料，特別涉及一種納米錫/碳的復合材料及其制備方法。以各種碳材料為基底材料，以硝酸錫、氯化錫、硫酸錫、乙酸錫、檸檬酸錫等為錫原料，以含有機絡合劑的水、乙二醇、丙二醇或其混合物為溶劑，以硼氫化鈉、硼氫化鉀、水合肼等為還原劑。通過吸附?分解?還原法得到了一種納米錫和碳的復合物，所述方法是通過將含錫離子的溶液吸附在碳材料的表面，濾去多余的溶液，在熱處理之后得到氧化錫/錫與碳的復合物，并最終通過還原反應得到納米錫/碳復合材料。此方法所得的復合材料中金屬錫顆粒以納米尺寸均勻分布在碳顆粒的表面，避免了傳統的錫還原方法會造成大量錫團聚的現象發生。

技術領域

本發明公開了一種納米錫/碳復合材料及其制備方法，屬于材料制備領域，特別涉及納米復合材料及其制備。

背景技術

堿性水系鋅基電池，如鋅錳、鋅鎳、鋅空氣電池等因使用不會燃燒的水系電解液，相對鋰離子電池來說具有更高的安全性。近年來，以鋅鎳、鋅空氣電池為代表的可以循環使用的二次水系電池受到了人們的廣泛關注。

水系鋅基電池的負極往往對電池的容量大小、工作電壓、電能效率、充放電功率、可循環性、貯存性能等都有很大影響。人們通常將鋅負極制備成鋅粉、鋅粒、鋅球、鋅片、鋅絲等結構，以增大鋅負極材料的比表面積，同時，為了提高負極的電導率，又向其中加入導電碳、乙炔黑、石墨粉等導電從而使電池性能有所提高。然而，碳材料的存在使得其與鋅形成了微電池，造成碳表面發生析氫，鋅表面發生自放電反應，另外在充電時，低析氫過電位的碳表面會發生劇烈的析氫反應，這種副反應會消耗負極的活性物質從而降低電池容量，更嚴重的是，這會使電池內部出現大量的氫氣氣泡，從而導致電池報廢。

為了解決這一問題，人們將高析氫過電位的金屬錫添加到鋅負極以抑制鋅負極表面的析氫反應。添加的方法通常為直接在鋅負極中混入錫或氧化錫粉末，或者使用含錫的鋅合金作為活性物質。然而直接混合錫粉末無疑無法保證錫在鋅負極中的均勻分布，而由于在充放電過程中負極中的鋅會經歷鋅-鋅酸根離子-氧化鋅或氫氧化鋅的轉變，鋅錫合金不可能穩定存在，因此，這些方法無法保證錫在電極中的分布，更無法保證其對碳顆粒表面析氫反應的有效抑制。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，公布了一種納米錫/碳復合材料及其制備方法。

具體采用的技術方案如下：

本發明一種納米錫/碳復合材料，所述納米錫/碳復合材料中，錫顆粒大小為 5-900nm。產物中錫顆粒所占比重為0.01-98wt％，納米級錫顆粒均勻分布在碳材料的一次顆粒表面以及二次顆粒的孔隙中，沒有出現大量金屬錫團聚的現象。

本發明一種納米錫/碳復合材料制備的方法；包括下述步驟：

步驟一

將碳材料加入溶液A中；攪拌；固液分離，干燥固體，得到備用料；所述溶液A中溶解有錫源；

步驟二

在保護氣氛下，對步驟一所得備用料進行加熱處理至200-500℃；保溫；得到熱處理后的備用料；

步驟三

將步驟二所得熱處理后的備用料置于溶液B中，往溶液B加入還原劑，通過液相還原法還原得到納米錫/碳復合材料；所述溶液B中不含絡合劑和錫源。

用所得納米錫/碳復合材料替代步驟一中的碳材料；按步驟一、步驟二、步驟三的順序循環操作N次后，得到錫含量大于等于35wt％的納米錫/碳復合材料；所述N大于等于5。經過優選后，可得到錫含量為90-98wt％的納米錫/碳復合材料；

本發明一種納米錫/碳復合材料制備的方法；所述溶液A通過下述步驟制備：