本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

由于sno2在作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，其充放電過程中的體積膨脹太大致使電極粉化而導(dǎo)致電池容量下降。因此對sno2進(jìn)行多空碳包覆成為提高循環(huán)穩(wěn)定性的重要方法之一。多孔碳-sno2納米復(fù)合材料常用的制備方法有水熱法、噴霧熱解法、吸附碳化法。但是由于sncl2和sncl4的水熱過程速度很快很難控制，而且噴霧熱解法等其他方法制備過程相對比較復(fù)雜不益于其實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。因此簡易制備量子點(diǎn)sno2與多孔碳復(fù)合材料依然是當(dāng)前研發(fā)鋰離子電池sno2基材料的一個(gè)重要突破方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料的制備方法，本發(fā)明提供的制備方法簡單，制備過程條件易于控制。

本發(fā)明提供了一種作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料的制備方法，包括以下步驟：

將酞菁錫粉末在保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行碳化后再在空氣氣氛條件下回爐氧化，得到作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料。

本發(fā)明以酞菁錫粉末作為制備鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料的原料。

本發(fā)明將酞菁錫粉末置于保護(hù)氣氛條件下保護(hù)的管式爐中進(jìn)行碳化，其中，所述碳化的程序?yàn)椋?/p>

以0.5～20℃/min的升溫速率從10～100℃升溫至600～900℃后保溫0.5～9小時(shí)。

優(yōu)選的，所述碳化的程序?yàn)椋?/p>

以1～10℃/min的升溫速率從25～50℃升溫至700～800℃后保溫3～6小時(shí)。

在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式中，所述碳化的程序?yàn)椋?/p>

以0.5℃/min的升溫速率從50℃升溫至600℃后保溫3h。

所述保護(hù)氣氛選自氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

碳化結(jié)束后，降溫，得到黑色粉末。

將所述黑色粉末再置于空氣氣氛條件下的管式爐中進(jìn)行回爐氧化，得到作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料。

所述回爐保溫的程序?yàn)椋?/p>

以0.5～20℃/min的升溫速率從10～100℃升溫至250～400℃后保溫0.5～9小時(shí)。

優(yōu)選的，所述回爐保溫的程序?yàn)椋?/p>

以1～10℃/min的升溫速率從25～50℃升溫至300～350℃后保溫2～6小時(shí)。

在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式中，所述回爐保溫程序?yàn)椋?/p>

以5℃/min的升溫速率從50℃升溫至300℃后保溫4h

本發(fā)明還提供了一種上述制備方法制備得到的作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料，包括無定形碳以及分散于所述無定形碳的空隙中的量子點(diǎn)sno2顆粒，所述分散為均勻分散，在所述納米材料中，所述sno2的質(zhì)量百分含量為10％～50％，優(yōu)選為20％～40％；所述無定形碳的質(zhì)量百分含量為50％～90％，優(yōu)選為60％～80％。

所述量子點(diǎn)sno2顆粒的大小為4～20nm，優(yōu)選為10～15nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料的制備方法，包括以下步驟：將酞菁錫粉末在保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行碳化后再在空氣氣氛條件下回爐氧化，得到作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料。本方法主要包括對有機(jī)金屬化合物酞菁錫的碳化與回爐氧化兩個(gè)過程。本發(fā)明提供的鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料的制備方法簡單，制備過程條件易于控制。并且，得到的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料應(yīng)用于電池負(fù)極時(shí)具有良好的電化學(xué)性能。

結(jié)果表明，本發(fā)明提供的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料作為電池負(fù)極制備的鋰離子電池在1ag^-1的電流下首次放電和充電的容量分別可達(dá)1654.2和1083.9mahg^-1，而且在循環(huán)200圈以后其容量依然保持744.4mahg^-1。

附圖說明

圖1為原料酞菁錫的sem圖；

圖2為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的sem圖；

圖3為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的tem圖；

圖4為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的xrd圖；

圖5為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料在空氣中的熱重圖；

圖6為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料分別在200，500，1000，2000，5000，200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖；

圖7為實(shí)例2所獲得的sno2/多孔碳納米復(fù)合材料分別在200，500，1000，2000，5000，200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖；

圖8為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料分別在200，500，1000，2000，5000，200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的作為鋰離子電池負(fù)極的超細(xì)sno2/多孔碳納米材料及其制備方法進(jìn)行說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以0.5℃/min的升溫速率從50℃升溫至600℃后保溫3h得到黑色粉末；所述酞菁錫粉末的sem圖見圖1，圖1為原料酞菁錫的sem圖。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以0.5℃/min從50℃升溫至300℃保溫2h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料，所述sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的sem圖如圖2，所述sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的tem圖如圖3。

由圖2和圖3可知，

由圖2可知在酞菁錫粉末碳化以后其微觀形貌從塊狀轉(zhuǎn)變成粉末片狀形貌，這是由于在高溫下酞菁錫分解的原因。而從圖3中可以明顯的看到均勻分布在不定形碳中的超細(xì)sno2顆粒，結(jié)合圖4可知這是由于在碳化過程當(dāng)中錫原子聚集形成sno2顆粒的結(jié)果。

所述sno2/多孔碳納米復(fù)合材料的xrd圖如圖4所示。

測定所述sno2/多孔碳納米復(fù)合材料在空氣中的熱重，結(jié)果如圖5所示，圖5為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料在空氣中的熱重圖。

實(shí)施例2

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以0.5℃/min的升溫速率從50℃升溫至700℃后保溫3h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以5℃/min從50℃升溫至400℃保溫6h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例3

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以10℃/min的升溫速率從50℃升溫至800℃后保溫3h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以5℃/min從50℃升溫至300℃保溫2h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例4

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以5℃/min的升溫速率從50℃升溫至600℃后保溫3h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以5℃/min從50℃升溫至300℃保溫2h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例5

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以10℃/min的升溫速率從50℃升溫至600℃后保溫3h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以5℃/min從50℃升溫至300℃保溫2h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例6

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以20℃/min的升溫速率從50℃升溫至900℃后保溫9h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以20℃/min從50℃升溫至400℃保溫6h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例7

(1)取適量的酞菁錫粉末置于氬氣保護(hù)的管式爐中以0.5℃/min的升溫速率從50℃升溫至600℃后保溫0.5h得到黑色粉末。

(2)取適量步驟(1)制備得到的黑色粉末置于空氣氣氛的管式爐中以0.5℃/min從50℃升溫至250℃保溫1h后得到sno2/多孔碳納米復(fù)合材料。

實(shí)施例8

(1)取實(shí)例1制備的sno2/c納米復(fù)合材料、羧甲基纖維素鈉(cmc)、丁苯膠乳(sbr)、導(dǎo)電炭黑粉末以80：5：5：10為比例混合均勻后，加入燒杯中以去離子水作為溶劑調(diào)制成漿料。

(2)將步驟(1)調(diào)制成的漿料均勻涂布在9μm厚的銅箔上。后在80℃下真空干燥24h

(3)把干燥好的銅箔在一定的壓力下輥扎后沖成10mm大小的圓片。

(4)在氬氣保護(hù)的手套箱中以沖片銅箔作負(fù)極，鋰片作為對電極，2032型號(hào)電池殼進(jìn)行組裝。

(5)將組裝完成后的電池在室溫下放置活化24h后進(jìn)行性能測試。其倍率性能測試為分別在200、500、1000、2000、5000mag^-1不同大小的電流下測試6圈之后再回到200mag^-1的電流下測試100圈，結(jié)果如圖6所示，圖6為sno2/多孔碳納米復(fù)合材料分別在200，500，1000，2000，5000，200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖。

結(jié)果表明，在200mag^-1的電流下其首次充放電容量可達(dá)到1191和1626mahg^-1，而且在高倍率電流1000和5000mag^-1的電流下其容量依然有755.3和427.8mahg^-1。當(dāng)電流重新回到200mag^-1時(shí)其容量依然可很好的恢復(fù)到1017.1mahg^-1，并且在此電流下繼續(xù)循環(huán)100圈其容量依然很好的保持為914.3mahg^-1。

實(shí)施例9

將實(shí)施例2制備的sno2/多孔碳納米材料作為電池負(fù)極制備的鋰離子電池在200，500，1000，2000，5000和200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖。其在200mag^-1的電流下容量可達(dá)854mahg^-1，而且在不同大小的電流下循環(huán)36圈以后電流回復(fù)到200mag^-1時(shí)，其容量依然可以較好的回復(fù)到783mahg^-1。

實(shí)例10

將實(shí)施例3制備的sno2/多孔碳納米材料作為電池負(fù)極制備的鋰離子電池在200，500，1000，2000，5000和200mag^-1不同電流大小下的倍率性能圖。其在200mag^-1的電流下容量可達(dá)1107.6mahg^-1，而且在不同大小的電流下循環(huán)36圈以后電流回復(fù)到200mag^-1時(shí)，其容量依然可以較好的回復(fù)到1044.9mahg^-1。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。