[發(fā)明專利]氮摻雜多壁碳納米管為載體合成二硫化錫納米片的工藝方法

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• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112952086A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐亞峰;孫志鵬;徐海奇
• 申請（專利權(quán)）人: 海宏（唐河）新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙智德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43207
• 代理人: 段芳萼

本發(fā)明公開了一種以氮摻雜多壁碳納米管為載體合成二硫化錫納米片的工藝方法，通過二氧化硅SBA?15的初濕法合成有序介孔碳CMK?3，并用含氮前體處理以獲得N?MWCNTS，即氮摻雜多壁碳納米管；在攪拌狀態(tài)下將100mg聚苯乙烯磺酸（pss）溶解在50mL氯化鈉溶液（1M）分散體中，保持30分鐘；在步驟2）得到的混合物中加入100mg N?MWCNTS，將所得溶液強烈超聲處理30分鐘，之后攪拌兩小時；通過離心法收集合成產(chǎn)物，用乙醇洗滌多次并在真空烘箱中干燥，表示為SnS 2@N?MWCNTS，即得到以氮摻雜多壁碳納米管為載體合成的二硫化錫納米片。本發(fā)明不僅有效保持了氮摻雜多壁碳納米管的介孔特征，而且增強了二硫化錫與有序碳材料之間的協(xié)同作用，從而增強循環(huán)容量的保持能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以氮摻雜多壁碳納米管為載體合成二硫化錫納米片的工藝方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池（LIB）正在為現(xiàn)代生活帶來巨大變化，并且由于其高能量密度和長循環(huán)壽命而被廣泛用于便攜式電子設(shè)備中。然而，鋰離子電池的性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模增長的電動汽車市場的需求。商業(yè)石墨作為正極材料具有372mA h g-1的低理論容量，這限制了商業(yè)石墨在高能量密度鋰離子電池的開發(fā)中的大規(guī)模實施。因此，研究人員已經(jīng)進行了大量努力以尋找具有高比容量和功率密度的正極材料替代品。

在可用的正極材料中，二硫化錫是一種極具吸引力的正極材料，因為它具有獨特的晶體學(xué)特征，可提供許多活躍的鋰離子中心。但是，它的實際應(yīng)用存在幾個問題。例如，伴隨著充電 - 放電過程中電極活動的崩潰，二硫化錫將經(jīng)歷大的體積變化，這會導(dǎo)致容量迅速衰減且循環(huán)穩(wěn)定性較差。此外，二硫化錫本身導(dǎo)電率較低，也限制了其優(yōu)越的倍率性能[8]。儲鋰的性質(zhì)與材料的體積變化，離子傳輸和導(dǎo)電性有關(guān)。到目前為止，科研人員已經(jīng)投入了相當(dāng)大的努力來提高循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

多孔或其他特殊納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計是縮短鋰離子通道長度和減少反應(yīng)中體積變化的有效方法。為了更有效地儲存能量，另一種方法是將二硫化錫與諸如碳納米管和石墨烯的電子導(dǎo)電劑結(jié)合，以提高材料的導(dǎo)電性。石墨基材料因其低成本，長循環(huán)壽命等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用于大多數(shù)鋰離子電池中。目前有利用水熱法合成二硫化錫 /石墨氣凝膠材料，在經(jīng)過30個循環(huán)后，保持656mA h g-1（50mA g-1）的容量。盡管循環(huán)壽命較長，但這些材料無法滿足具有高性能的下一代鋰離子電池的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種以氮摻雜多壁碳納米管為載體合成二硫化錫納米片的工藝方法，不僅有效保持了氮摻雜多壁碳納米管的介孔特征，而且增強了二硫化錫與有序碳材料之間的協(xié)同作用，二硫化錫的負(fù)載增加了材料的分層結(jié)構(gòu)的面積，層狀結(jié)構(gòu)的較大比表面積有利于鋰離子的儲存，并且薄片之間的間隙可以減慢充電和放電期間的體積變化，從而增強循環(huán)容量的保持能力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種以為載體合成二硫化錫納米片的工藝方法，其特征在于包括以下步驟：

1）通過二氧化硅SBA-15的初濕法合成有序介孔碳CMK-3，并用含氮前體處理以獲得N-MWCNTS，即氮摻雜多壁碳納米管；

2）在攪拌狀態(tài)下將100mg聚苯乙烯磺酸（pss）溶解在50mL氯化鈉溶液（1M）分散體中，保持30分鐘；

3）在步驟2）得到的混合物中加入100mg N-MWCNTS（氮摻雜多壁碳納米管），將所得溶液強烈超聲處理30分鐘，之后攪拌兩小時；

4）用蒸餾水和乙醇多次洗滌步驟3）中得到溶液后，通過離心法收集沉淀物，最后將沉淀物在60℃下干燥8小時以獲得pss-N-MWCNTS。

5）將0.4g四氯化錫SnCl 4·5H 2 O和0.3g硫代乙酰胺超聲溶解在含有25ml乙醇和10ml蒸餾水的玻璃燒杯中，混合30分鐘后加入步驟4）中得到的pss-N-MWCNTS 40mg；

6）在80℃下通過磁力攪拌步驟5）中得到的混合物4小時，每2小時加入25ml乙醇；