[發明專利]一種基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202111093893.5
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113809304B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 何燕;張達;張傳琪;唐元政
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 姚金金

本發明公開一種基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法及其應用，將微米級高純錫金屬粉末、碳納米管、去離子水按照一定比例均勻混合至半流質狀態，并壓制成圓柱狀作為負極；采用難熔性導電材料作為正極，與上述負極相距一定的距離，接通電源產生直流電弧等離子體，在碳納米管分散的同時，實現二氧化錫納米粒子在碳納米管表面的均勻負載得到二氧化錫/碳納米管復合材料，干燥后用作鋰離子電池負極；本發明相較于化學方法，具有制備簡單、快速、綠色等優勢，碳納米管導電網絡結構不僅為二氧化錫的體積膨脹提供了足夠的空間，也有助于電子轉移；該方法有望實現產業化的同時，也為其他納米復合材料的制備提供了新思路。

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本公開的總體背景的一些理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

鋰離子電池作為一種理想的儲能設備，由于其高能量密度、長循環壽命、低成本等優勢在電動車、電網、電子設備儲能中受到廣泛的應用。目前，作為商用的鋰離子電池負極材料，石墨由于具有理論比電容低、循環倍率有限等缺點無法滿足日益增加的能量儲存需求，因此尋求新的高性能可替代負極材料成為當務之急。

二氧化錫因具有較高的理論比容量(781mAh/g)而廣泛應用于鋰電池電極材料。然而，其在應用過程中存在首次不可逆容量大、嵌鋰時會存在較大的體積效應(體積膨脹250％～300％)、循環過程中容易團聚等問題，因此常與其他材料復合以提高二氧化錫顆粒分散性，抑制顆粒團聚，提高電極材料循環穩定性。碳納米管具有比表面積大、導電性好、化學穩定性強等優勢成為目前廣泛應用的載體材料。

然而，現有技術中碳納米管/二氧化錫復合材料的制備大多采用復雜的化學方法，有技術通過將純化和改性的碳納米管與四氯化錫溶液混合并經超聲處理，所得溶液滴加濃氨水并調節PH＝9，攪拌3小時后將溶液抽濾、洗滌、烘干，所得濾渣在600℃下煅燒1小時得到碳納米管/二氧化錫復合電極。對于化學制備法，一方面化學試劑的使用造成制備過程中容易引入雜質，對性能產生不利影響，并且造成環境污染；另一方面，其制備過程的復雜性不利于大規模生產，因此，開發一種簡單、清潔的二氧化錫/碳納米管制備方法具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法及其應用，它解決了背景技術中提出的化學法制備二氧化錫/碳納米管復合材料工藝復雜性以及諸多化學試劑使用造成的雜質難以去除等問題。

本發明提供的基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法，一方面可在保證碳納米管分散均勻度的基礎上，提升二氧化錫與碳納米管的接觸面積，促進二者的復合；另一方面可通過調整碳納米管與錫源的質量比，獲得不同二氧化錫含量包覆的二氧化錫/碳納米管復合材料，從而滿足鋰電池電極材料電化學等性能需求。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于等離子體的二氧化錫/碳納米管復合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將錫金屬粉末、碳納米管與去離子水均勻混合至半流質狀態；

S2：將S1制備的半流質狀態混合物壓制成圓柱狀固體；

S3：將步驟S2制備的圓柱狀固體材料作為負極，采用難熔性導電材料作為正極，分別將負極、正極與電源對應連接；

S4：接通電源，負極與正極之間產生直流電弧等離子體，形成碳納米管分散霧，同時錫金屬粉氣化、氧化，得到二氧化錫納米粒子并均勻負載在碳納米管表面，形成二氧化錫/碳納米管復合材料；

S5：收集步驟S4制備的二氧化錫/碳納米管復合材料，超聲、過濾、干燥。