[發明專利]一種錫基復合材料、其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201911087812.3
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110660986B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 蘇發兵;李瓊光;王艷紅;譚強強
• 申請（專利權）人: 廊坊綠色工業技術服務中心;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種錫基復合材料、其制備方法和用途。所述方法包括以下步驟：(1)將SnO₂納米顆粒、碳源和有機試劑的水溶液混合，得到混合溶液，對所述混合溶液進行加熱，得到SnO₂@C前驅體；(2)將步驟(1)得到的SnO₂@C前驅體、分散劑和有機試劑混合，得到前驅體懸濁液，將金屬鹽溶液、咪唑溶液和前驅體懸濁液進行混合反應，得到SnO₂@C@NC前驅體；(3)將步驟(2)所述SnO₂@C@NC前驅體進行炭化處理，得到錫基復合材料。本發明提供的錫基復合材料的制備方法解決了現有技術制備錫基復合材料的關鍵問題，制備流程簡單，制備成本低，過程清潔無污染，材料性能優異，能夠滿足市場的不同需求。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種錫基復合材料、其制備方法和用途。

背景技術

由于具有能量密度高、環境友好及無記憶效應等諸多特點，鋰離子電池的發展備受人們關注，成為目前適用范圍最廣的二次電池之一。石墨負極材料已經無法滿足對于高比能電池的要求，因此亟待開發出一種具有能量密度高、制備成本低的負極材料。Sn基負極材料具有理論比容量高、安全性能好、制備過程簡單及成本低等優點，被認為是具有良好商業化前景的新一代鋰離子電池負極材料。但是由于嵌鋰過程中的體積膨脹問題以及SnO₂的導電性問題，嚴重阻礙了Sn基負極材料的循環性能和安全性能。

目前，通常采用二氧化錫與石墨烯復合的方法改善其性能。發明專利CN108649203A公開了一種二氧化錫/石墨烯復合材料的制備方法，首先經過預處理得到膨脹石墨，然后經過高壓水熱反應和兩次熱處理得到二氧化錫/石墨烯復合材料，操作復雜且工藝復雜，同時表現出較差的電化學性能。發明專利CN108793233A公開了一種多層中空氧化錫材料的制備方法，膨脹石墨經過微波、超聲、共聚、交聯等系列過程與氧化錫進行復合，得到多層中空氧化錫材料，步驟冗雜，限制了其進一步應用。發明專利CN109167047A公開了一種自支撐三維石墨烯/錫復合材料的制備方法，但是氧化石墨烯材料的高昂成本限制了其商業化發展。發明專利CN107369819A公開了一種蛋狀雙碳殼層錫基復合材料的制備方法，但是制備過程中多次使用模板法嚴重阻礙了其大規模生產。發明專利CN108321376A公開了一種CNF@SnO₂納米復合材料的制備方法，但是其電化學性能無法滿足當前對于負極材料的需求。

因此，本領域需要開發一種新型負極材料，使其具有容量密度高、導電性能好、制備流程簡單和制備成本低等諸多優勢，具有很好的應用前景。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種錫基復合材料、其制備方法和用途。本發明錫基復合材料的制備方法解決了現有技術制備錫基復合材料的工藝流程復雜、材料性能差等關鍵問題，且制備成本低，過程清潔無污染，能夠滿足市場的不同需求。

本發明的目的之一在于提供一種錫基復合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將SnO₂納米顆粒、碳源和有機試劑的水溶液混合，得到混合溶液，對所述混合溶液進行加熱，得到SnO₂@C前驅體；

(2)將步驟(1)得到的SnO₂@C前驅體、分散劑和有機試劑混合，得到前驅體懸濁液，將金屬鹽溶液、咪唑溶液和前驅體懸濁液進行混合反應，得到SnO₂@C@NC前驅體；

(3)將步驟(2)所述SnO₂@C@NC前驅體進行炭化處理，得到錫基復合材料。

本發明采用溶液法合成SnO₂@C的前驅體材料，使得SnO₂納米顆粒被限域在碳骨架結構中，同時有利于進行ZIF材料的包覆，得到SnO₂@C@NC的前驅體。然后在惰性氣氛下進行炭化處理，得到最終產物SnO₂@C@NC。