[發(fā)明專利]一種碳量子點(diǎn)表面修飾一維納米SnO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910277059.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN110165154B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯小江;石洪昌;楊艷玲;王嘉棟;王祎;馮雷;鎖國(guó)權(quán);葉曉慧;張荔;朱建鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/054;D01D5/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種碳量子點(diǎn)表面修飾一維納米SnO₂鎂?鋰雙鹽電池正極材料及其制備方法及其應(yīng)用，SnO₂占90～95wt％，其余為碳量子點(diǎn)，含量x＝5～10wt％。制備方法包括；將一定量的SnCl₂·2H₂O溶于由無水乙醇和N，N?二甲基甲酰胺組成的混合溶液中并在室溫下攪拌；將一定量PVP溶于上述溶液中并在室溫下繼續(xù)攪拌，得到前驅(qū)體溶液A；將液體石蠟溶于前驅(qū)體溶液A中并攪拌后得到前驅(qū)體溶液B；將步驟三得到的紡絲前驅(qū)體溶液B用于高壓靜電紡絲，將得到的SnO₂@C產(chǎn)物進(jìn)行二次退火，待其自然冷卻至室溫后得到碳量子點(diǎn)表面修飾一維納米SnO₂，本發(fā)明提高鎂?鋰雙鹽電池中正極材料導(dǎo)電性并抑制因鋰離子嵌入/脫出造成材料體積膨脹/收縮而導(dǎo)致的粉化問題，從而提高鎂?鋰雙鹽電池的充放電容量及循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次動(dòng)力電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳量子點(diǎn)表面修飾一維納米SnO₂鎂-鋰雙鹽電池正極材料及其制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源的開發(fā)與利用自人類誕生之日起就伴隨著人類，可以說能源與人類有著不可分割的聯(lián)系。人類總是通過努力不斷地嘗試各種各樣的能源，積極推動(dòng)能源的發(fā)展。每一次能源的更新?lián)Q代都意味著社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步，并推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與現(xiàn)代化進(jìn)程。

鋰離子電池在商用可充電電池市場(chǎng)取得了巨大成功。然而，由于低成本，無枝晶和雙電子氧化還原特征(鎂為3833mAh·cm^-3，Li為2046mAh·cm^-3)的金屬，可充電鎂離子電池是比鋰離子電池更適合大規(guī)模電能儲(chǔ)存。因此，鎂離子電池引起了更多的關(guān)注，并且已經(jīng)為實(shí)際應(yīng)用的目的做出了實(shí)質(zhì)性的努力。在元素周期表中，Mg 和Li具有相似的原子半徑和化學(xué)性質(zhì)。因此，為了找到鋰離子電池的替代選擇，已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的鎂離子電池研究。與鋰離子電池相比，鎂離子電池具有一些優(yōu)勢(shì)。例如，與Li(180.5℃)相比，Mg的高熔點(diǎn)(648.8℃)表明鎂離子電池在應(yīng)用中具有更好的安全范圍。由于一個(gè)鎂離子可以攜帶兩個(gè)電荷，因此Mg具有相當(dāng)高的比容量2205mAh·g^-1。鎂是宇宙中豐富的元素材料之一，鎂離子電池更便宜。因此，近年來鎂離子電池引起了很多關(guān)注。

盡管鎂離子電池相關(guān)研究已經(jīng)被報(bào)道，但是具有較好Mg²⁺離子嵌入動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的高電壓正極材料非常有限，嚴(yán)重阻礙了鎂離子電池的應(yīng)用。構(gòu)建鋰鎂雙鹽電池體系，可顯著解決鎂離子電池遇到的問題。具體做法是采用嵌鋰的正極材料、鎂負(fù)極材料及含有Mg²⁺和Li⁺離子的固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)建離子電池系統(tǒng)。使電池正極發(fā)生高效的 Li⁺離子脫嵌反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生Mg²⁺離子的溶出和沉積反應(yīng)，從而有效緩解鋰離子電池容量低、成本高、鋰枝晶及鎂離子電池脫嵌動(dòng)力學(xué)等問題，推動(dòng)鎂基儲(chǔ)能電池的應(yīng)用。

目前，鋰離子電池及雙鹽電池所使用的嵌鋰正極材料成分單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存在導(dǎo)電性不足、活性較低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、缺乏快速脫嵌離子的通道等問題，嚴(yán)重制約了鋰離子的快速飽和嵌入/脫出，降低了電池系統(tǒng)的容量、倍率特性及循環(huán)穩(wěn)定性。 SnO₂因其相對(duì)較低的工作電壓(其平均放電和充電電壓分別為0.3和0.5V)而受到極大關(guān)注，當(dāng)與高壓陰極結(jié)合使用時(shí)可產(chǎn)生高比能值。SnO₂的電極理論容量高1494 mAh g^-1，基于SnO₂的電極呈現(xiàn)低電子電導(dǎo)率和容量降低，這是由于在反應(yīng)過程中發(fā)生的金屬Sn(～300％)的大體積變化，極易導(dǎo)致電池循環(huán)過程中電極材料粉化，造成電池壽命衰減。

發(fā)明內(nèi)容