[發明專利]一種納米片自組裝三維納米花硫化錫/石墨化氮化碳鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811119950.0
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109286009B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 殷立雄;藺英;程如亮;張浩繁;黃劍鋒;白培杰;李慧敏;宋佳琪
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種納米片自組裝三維納米花硫化錫/石墨化氮化碳鋰離子電池負極材料的制備方法，將三聚氰胺于450?650℃條件下保溫2～6h，待其自然冷卻到室溫時，研磨備用，然后分散在乙醇中得到懸浮液，將懸浮液離心并用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，然后真空干燥即獲得產物g?C₃N₄，將產物g?C₃N₄溶于去離子水中，攪拌后超聲分散，形成懸浮液A，向懸浮液A中加入PVP，攪拌直至完全溶解形成溶液B，將TAA和SnCl₄·2H₂O加入到溶液B中，攪拌均勻形成溶液C，將溶液C進行微波水熱反應，反應結束后，得到前驅體，將前驅體經去離子水和無水乙醇分別離心洗滌若干次，然后真空干燥即得到納米片自組裝三維納米花SnS₂/g?C₃N₄電池材料。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，具體涉及一種納米片自組裝三維納米花硫化錫/石墨化氮化碳鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種可充電二次電池，主要依靠鋰離子在正極和負極之間的脫嵌來進行工作。另外，它具有工作電壓高、循環壽命長、比容量大、安全性能好、自放電小、無記憶效應等優勢。這種優勢使得它被廣泛應用于手機、照相機、筆記本電腦等便攜式設備。近幾年通過在鋰離子電池充放電容量、倍率特性、循環性能等方面的不斷發展和改進，其在新能源汽車、電動工具、航空航天以及儲能等領域的使用逐漸擴大。由此可見，鋰離子電池可成為未來二次電池發展的主要方向。而鋰離子電池負極材料是鋰離子電池的重要組成部分,負極材料的組成和結構對鋰離子電池的電化學性能具有決定性的影響。因此，這使得我們要研發合適的電池材料成為重點。

SnS₂是屬于IV:VI主族的二元化合物，由六方相基本單元CdI₂層狀晶體結構(晶胞參數：a＝0.3648nm，c＝0.5899nm)組成，這種結構單元由兩層六方密堆積的硫離子中間加入錫離子的三明治結構(S-Sn-S)構成的。每六個硫離子插入一個錫離子形成正八面體配位，且層與層之間存在弱的范德華力并通過共價鍵結合。另外，這種層狀結構存在很多的晶體空位，可作為插層的主體晶格。這種獨特的層狀結構使它具有優異的光電特性。目前，研究者們通過不同的方法制備不同結構或者尺寸的SnS₂，主要的結構有二硫化錫納米粒子、納米球、納米片、納米管、納米板等零維、一維以及二維或者三維納米結構，甚至還有更為復雜的多級微納米結構。人們利用這些不同的結構所賦有的獨特性能來制備半導體材料、光催化材料、太陽能電池材料、光電轉換系統材料以及鋰離子電池材料等。獨特的性能和廣泛的應用使得SnS₂材料成為最有應用前景的材料之一。而且，SnS₂由于其高理論容量(690mAh·g^-1)、豐富的自然資源、無毒性和低成本，被認為是新一代負極材料的有希望的候選物，但它也同大多數負極材料一樣，存在導電性差、充放電過程中體積膨脹大等缺點，限制了其作為鋰離子電池負極材料的發展。針對其主要缺點，我們將其與高導電性的材料復合或電極設計來改善它們的電化學循環性能。

g-C₃N₄是一種二維(2D)石墨烯結構的碳材料，它是一個氮雜原子取代石墨骨架，其由碳和氮的單原子進行sp²雜化形成，具有獨特的平面結構，由于其豐富的多孔結構，高含氮量，大表面積，高成本效益的可用性和顯著的物理和化學特性而引起了相當大的關注。且制備工藝簡單、成本較低。因此本課題通過將導電性好的g-C₃N₄作為充放電過程中的支撐材料，與SnS₂復合提高其導電性及結構穩定性，進一步提高其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。目前，許多學者通過與g-C₃N復合制備新型復合電極材料，以提高電池的電化學性能。