[發(fā)明專利]一種三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料及其制備方法和應用

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• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115347173A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設計）人: 鎖國權;趙保國;馬澤潤;李冉;侯小江;葉曉慧;張荔;楊艷玲
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發(fā)明公開了一種三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料，該負極材料包含雙層碳和氧化錫基材料，氧化錫基材料包覆在內層碳表面，外層碳包覆在氧化錫基材料表面并且互相僑聯(lián)成三維網(wǎng)絡結構。碳包覆技術能夠有效保護氧化錫基負極材料在充放電循環(huán)過程中的體積結構穩(wěn)定性，雙碳限域能夠有效緩解氧化錫基材料體積變化并且改善氧化錫基材料導電性，解決了氧化錫基材料在充放電過程中體積變化較大、電極穩(wěn)定性差的問題。同時三維橋聯(lián)結構大比表面積能夠實現(xiàn)活性材料與電解液的充分接觸促進容量改善。本發(fā)明的三維橋聯(lián)雙碳限域氧化錫基負極材料應用在鉀離子電池中，倍率容量高、循環(huán)性能好，適合大規(guī)模使用儲能。

技術領域

本發(fā)明屬于新型離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電車、智能電網(wǎng)等大型儲能系統(tǒng)的發(fā)展，鋰離子電池的劣勢逐漸明顯，鋰資源儲量有限使其成本較高，限制了其在大型儲能系統(tǒng)中的應用，且已無法滿足人們日益增長的能源需求，而鉀離子電池由于具有成本低、儲量豐富、分布廣泛的特點，將逐漸成為鋰離子電池的理想替代者。

合金負極氧化錫基材料由于其具有較高的理論容量，小極化電壓和適中的工作電壓的特點，可作為鉀離子電池的負極材料。但是氧化錫基材料在充放電過程中體積變化較大，電極穩(wěn)定性差，易造成顆粒粉化并降低容量。

發(fā)明內容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料及其制備方法和應用，以解決氧化錫基材料在充放電過程中體積變化較大、電極穩(wěn)定性差的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料，包括雙層碳和氧化錫基材料，氧化錫基材料包覆在內層碳表面，外層碳包覆在氧化錫基材料表面并且互相僑聯(lián)成三維網(wǎng)絡結構；

所述氧化錫基材料為氧化錫材料或氧化錫/硫化錫材料。

優(yōu)選地，雙碳限域氧化錫基負極材料中氧化錫基的質量分數(shù)為60％～90％，雙碳的質量分數(shù)為10％～40％。

本發(fā)明還公開了上述三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料的制備方法，當氧化錫基材料為氧化錫材料時，制備方法如下：

S1、將葡萄糖溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液A；

S2、將前驅體溶液A進行水熱反應得到碳球；

S3、將碳球、氯化錫溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液B；

S4、將前驅體溶液B進行水熱反應得到氧化錫包覆碳球；

S5、將氧化錫包覆碳球、碳源溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液C；

S6、將前驅體溶液C進行水熱反應得到目標產(chǎn)物三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫負極材料。

優(yōu)選地，步驟S1中，葡萄糖與去離子水的用量比為3g：30ml；

步驟S3中，碳球、氯化錫與去離子水的用量比為0.12g：(0.26～0.78)g：30ml；

步驟S5中，碳源為葡萄糖、鹽酸多巴胺或淀粉。

優(yōu)選地，步驟S2中，水熱反應溫度為160～200℃，反應時間為8h；

步驟S4與S6中，水熱反應溫度為160～200℃，反應時間為12h。

本發(fā)明公開了上述三維橋聯(lián)的雙碳限域氧化錫基負極材料的制備方法，當氧化錫基材料為氧化錫/硫化錫材料時，制備方法如下：

S1、將葡萄糖溶解在去離子水中攪拌均勻得到前驅體溶液A；