[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)錫@碳納米盒材料及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114497492A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 陳慧賢;馬連波;夏愛林;呂耀輝;陳翔;李俊哲;徐杰
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/05
• 代理公司: 安徽順超知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 李潔

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領域，具體涉及一種核殼結(jié)構(gòu)錫@碳納米盒材料及其制備方法和應用。首先以ZnSO₄·7H₂O和Na₂SnO₃·3H₂O為原料采用沉淀法得到沉淀物，將反應的沉淀物洗滌干燥，再將多巴胺包覆在ZnSnO₃納米立方塊表面，隨后將上述物質(zhì)經(jīng)高溫處理制得錫@碳納米盒。該錫@碳納米盒尺寸均勻、結(jié)構(gòu)完整、錫粒子與碳殼接觸較好。本發(fā)明提供的制備方法相比于現(xiàn)有技術(shù)中制備錫@碳材料的方法，具有綠色環(huán)保、流程短、簡單易操作、可控性好等優(yōu)點，滿足大規(guī)模制備錫@碳材料的需求。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領域，具體涉及一種核殼結(jié)構(gòu)錫@碳納米盒材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

錫基材料目前被認為是作為離子電池負極材料的首選材料，這主要是由于錫基材料具有極高的理論比容量，較高的能量密度，成本低廉，分布廣泛等特點。但是，錫基材料大規(guī)模應用的主要障礙在于其合成步驟繁瑣，金屬錫易于團聚，不利于與金屬離子的電化學反應，使之反應不充分，無法充分發(fā)揮其容量。同時，錫基材料在電化學過程中的體積膨脹較為嚴重，從而進一步損耗其利用率，降低電化學性能。

目前，制備錫基材料的方法較多，但最有效的策略應是設計合成錫/碳復合材料。碳材料的存在可以提升錫基材料的導電性，同時，緩解錫基材料在電化學過程中的體積膨脹。制備核殼結(jié)構(gòu)錫@碳材料是一種理想的錫/碳結(jié)合方式，但通常使用的策略較為復雜，具有綠色環(huán)保，流程短，簡單易操作，可控性好、方便錫@碳材料的大規(guī)模制備的方法未見相關(guān)報道。因此，亟需開發(fā)一種新穎的合成方法大規(guī)模制備錫基材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)中存在的上述問題，提供一種核殼結(jié)構(gòu)錫@碳納米盒材料及其制備方法和應用，該制備方法可實現(xiàn)宏量可控制備低成本高性能碳基離子電池負極材料，為電極材料的商業(yè)化起到至關(guān)重要的作用。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種核殼結(jié)構(gòu)錫@碳納米盒材料的制備方法，包括如下步驟：

1)以ZnSO₄·7H₂O溶液和Na₂SnO₃·3H₂O溶液為前驅(qū)溶液，將Na₂SnO₃·3H₂O溶液逐滴加入持續(xù)攪拌的ZnSO₄·7H₂O溶液中，滴加完畢后，將混合后的前驅(qū)溶液加熱至50～70℃并保溫2～6h，得到沉淀物A；將沉淀物A洗滌，真空干燥，得到ZnSnO₃納米立方塊；

2)將得到的ZnSnO₃納米立方塊分散在分散溶液中，攪拌0.5～2h后，加入碳源并繼續(xù)持續(xù)攪拌12-36h，得到沉淀物B；將沉淀物B離心洗滌干燥后，放置在程序升溫管式爐中加熱，加熱溫度為550～650℃，加熱1～3h后冷卻，即可得到錫@碳納米盒材料。

進一步地，步驟1)中，所述Na₂SnO₃·3H₂O溶液、ZnSO₄·7H₂O溶液的體積比為1:1，所述ZnSO₄·7H₂O溶液的濃度為1mol/L，所述Na₂SnO₃·3H₂O溶液的濃度為1mol/L，滴加速度為4-6ml/min。

進一步地，步驟1)中，將混合后的前驅(qū)溶液加熱至60℃并保溫4h。

進一步地，步驟2)中，分散溶液由無水乙醇、水按體積比0.5-2:1混合而成。

進一步地，步驟2)中，ZnSnO₃納米立方塊、碳源中C的摩爾比為1:1。