CN104577064A - 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法 - Google Patents

一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104577064A
CN104577064A CN201410785639.5A CN201410785639A CN104577064A CN 104577064 A CN104577064 A CN 104577064A CN 201410785639 A CN201410785639 A CN 201410785639A CN 104577064 A CN104577064 A CN 104577064A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
coated nano
tin
stannic oxide
nano sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410785639.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104577064B (zh
Inventor
何丹农
张迎
王艳丽
吴晓燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd filed Critical Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority to CN201410785639.5A priority Critical patent/CN104577064B/zh
Publication of CN104577064A publication Critical patent/CN104577064A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104577064B publication Critical patent/CN104577064B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，通过改进的一步水热法，即络合辅助-预沉淀-水热法，制得碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）负极材料。该方法简单方便，简略了传统两步水热发包覆结构的制备步骤，且该方法得到的碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）复合锂离子电极负极材料，有利于缓解单一氧化锡纳米电极在锂离子充放电过程中所出现的体积膨胀问题，改善电池的循环性能及比容量，延长电池寿命。室温条件下，0.5C倍率时其首次放电容量达到了757mAh/g。本发明制备材料方法及结构，在锂离子电池电极材料的应用中具有重要意义。

Description

一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米复合材料及电极材料制备领域。具体涉及一种碳包覆二氧化锡纳米片锂电池负极材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，电子产品已成为日常生活的必需品，而锂离子电池作为最新一代的绿色高能充电电池是商业化发展最迅速的二次电池，具有广阔的市场应用前景。而电池的负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素，但锂离子电池仍存在实际比容量低、锂离子充放电过程中体积膨胀、循环性能差等问题，远远不能满足实际需求。而随着纳米科学技术的日益发展，纳米结构的材料在这方面具有广泛的研究。
目前已有大量研究人员尝试开发比容量高、循环性能好的电池材料，包括对碳材料进行掺杂及表面改性或开发非碳负极材料，合成具有可控形貌和结构的纳米晶，并在此基础上对其进行改变从而使性能进行提高。其中，二氧化锡因为具有高比容量、低嵌锂电势等优点而倍受关注。二氧化锡是一种重要的半导体过渡金属氧化物材料，具有很高的理论可逆锂离子电池存储容量（790 mA h g-1），高于石墨电极容量（372 mA h g-1），是一种应用广泛的电极材料。而且二氧化锡价格低廉，低毒性，对环境污染小，可以替代碳材料成为新型锂电池负极材料。但是二氧化锡纳米材料在锂离子嵌入和脱出的过程中会发生很大的体积膨胀问题，易出现分化或团聚现象，导致电极的极化和电活性断开，致使在之后的循环过程中容量骤减，从而限制氧化锡纳米材料的实际应用。
二氧化锡作为锂离子电池负极材料的制备方法有很多，而且目前也可制备出不同结构，如0-D纳米材料（纳米颗粒），1-D纳米材料（纳米带，纳米线和纳米棒等）及2-D纳米材料（纳米盘和纳米片）。这些纳米结构的二氧化锡电极材料，可以使电极与电解液的接触面积增大，锂离子的传输路径缩短，还可以使富余的锂离子存储在纳米孔道中，提高电极材料的可逆容量。将二氧化锡材料制备成包覆结构可有效缓解该材料在锂离子充放电过程中出现的体积膨胀问题。
尽管已有制备二氧化锡纳米片的报道，也有对其进行碳化得到碳包覆二氧化锡纳米片状结构电极材料，但用一步法制备成碳包覆二氧化锡纳米片状结构电极材料的方法却鲜有报道，传统的制备方法一般至少需要两步完成，或者以二氧化锡纳米片为原料进一步得到复合材料。该技术中，提出一种简单、方便的络合辅助-预沉淀-水热法，运用一步反应，制备得到碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）锂离子电池负极材料。 不仅简化了制备方法，而且经过碳源包覆改性之后，有效缓解了二氧化锡电极材料在锂离子充放电过程中出现的体积膨胀问题，进一步提高了SnO2电极材料的容量及循环稳定性。
发明内容
针对上述二氧化锡电极材料存在的问题，本发明的目的是解决该电极材料的比容量低、锂离子充放电过程中体积膨胀、循环性能差的问题。为实现上述目的，本发明提供了一种碳包覆二氧化锡纳米片锂电池负极材料的制备方法。此法制备的碳包覆二氧化锡纳米片锂电池负极材料显示出优异的容量和循环性能
一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，通过改进的一步水热法，即络合辅助-预沉淀-水热法，制得碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）负极材料，具体步骤为：
（1）将符合化学计量比的锡源溶于乙酰丙酮或乙醇溶剂，配置0.05 mol/L的乙酰丙酮锡或乙醇锡溶液；
（2）取上述配置0.05mol/L的乙酰丙酮锡或乙醇锡溶液80～100份，逐滴加入质量浓度为3.2%的沉淀剂 20～25份，常温搅拌10～60 分钟，至出现白色浑浊液；
（3）将步骤（2）所得到的溶液加入50～200份碳源搅拌20～60分钟，混匀；
（4）将步骤（3）所得到的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180～240℃烘箱中加热反应4～8小时，自然冷却；
（5）将步骤（4）所得到的溶液依次用去离子水、乙醇离心各清洗3次，在60℃下干燥2～7小时，进而在氮气中焙烧2小时，得到碳包覆纳米片状氧化锡材料，上述份数均指重量份数。
所述的锡源为二氯化锡（SnCl2·2H2O）、四氯化锡（SnCl4·5H2O）、草酸亚锡、2-乙基己酸亚锡中的一种或其组合。
所述的沉淀剂为氢氧化钠、氨水、氢氧化锂或氢氧化钾中的一种或其组合。
所述的碳源为葡萄糖或聚丙烯酸甲酯（PMMA）中的一种。
步骤（5）所述在氮气中的焙烧温度为450～650 ℃。
本发明提出的一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其优点在于：
（1）通过改进的一步水热法，即络合辅助-预沉淀-水热法，制得碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）负极材料。
（2）该法制备的碳包覆纳米片状二氧化锡锂电池负极材料可以有效缓解锂离子充放电过程中体积膨胀的问题。
（3）实验简单易行，材料无毒、环保，具有很好的应用前景。
（4）本发明所制备的产物——SnO2/C能够在锂离子电池的负极材料领域得到应用。
附图说明
图1为本发明实施例1合成的碳包覆纳米片状二氧化锡复合材料的扫描电子显微镜图（SEM图）。
图2为本发明实施例2合成的碳包覆纳米片状二氧化锡复合材料的透射电子显微镜图。
图3为本发明制备的碳包覆二氧化锡纳米片充放电40次电池的比容量变化。
具体实施方式
下面，本发明通过具体实例作进一步的描述，它将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不受限于这些实施案例。
实施例1：
（1）称取0.005mol的SnCl2·2H2O加入100ml乙酰丙酮溶剂中，配置0.05 mol/L的乙酰丙酮锡溶液。
（2）取上述配置0.05mol/L的乙酰丙酮锡溶液80份，逐滴加入质量浓度为3.2%的氢氧化钠20份，常温搅拌10 min，至出现白色浑浊液。
（3）将步骤（2）所得到的溶液加入50份葡萄糖搅拌20min，混匀。
（4）将步骤（3）所得到的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在烘箱中180℃加热反应4h，自然冷却。
（5）将步骤（4）所得到的溶液依次用去离子水、乙醇离心清洗3次，在60℃下干燥2h，进而在氮气中450℃焙烧2h，得到碳包覆二氧化锡纳米片。
实施例2：
（1）称取0.005mol的2-乙基己酸亚锡加入100ml乙醇溶剂中，配置0.05 mol/L的乙醇锡溶液。
（2）取上述配置0.05mol/L的乙醇锡溶液100份，逐滴加入质量浓度为3.2%的氢氧化钾25份，常温搅拌60 min，至出现白色浑浊液。
（3）将步骤（2）所得到的溶液加入200份PMMA搅拌60min，混匀。
（4）将步骤（3）所得到的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在烘箱中240℃加热反应8h，自然冷却。
（5）将步骤（4）所得到的溶液依次用去离子水、乙醇离心清洗3次，在60℃下干燥2h，进而在氮气中650℃焙烧7h，得到碳包覆二氧化锡纳米片。
实施例3：
（1）称取0.005mol的草酸亚锡加入100ml乙醇溶剂中，配置0.05 mol/L的乙醇锡溶液。
（2）取上述配置0.05mol/L的乙醇锡溶液90份，逐滴加入质量浓度为3.2%的氨水22份,常温搅拌30 min，至出现白色浑浊液。
（3）将步骤（2）所得到的溶液加入100份PMMA搅拌40min，混匀。
（4）将步骤（3）所得到的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在烘箱中200℃加热反应6h，自然冷却。
（5）将步骤（4）所得到的溶液依次用去离子水、乙醇离心清洗3次，在60℃下干燥2h，进而在氮气中550℃焙烧5h，得到碳包覆二氧化锡纳米片。
 结果表明，本发明制备的碳包覆纳米二氧化锡呈片状结构，如图1。厚度约5~10nm，团簇成花状，如图2。碳包覆纳米二氧化锡片做锂离子电池负极材料充放电40次衰减较慢，具有良好的循环性能，如图3。

Claims (5)

1.一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，通过改进的一步水热法，即络合辅助-预沉淀-水热法，制得碳包覆纳米片状氧化锡（SnO2/C）负极材料，具体步骤为：
（1）将符合化学计量比的锡源溶于乙酰丙酮或乙醇溶剂，配置0.05 mol/L的乙酰丙酮锡或乙醇锡溶液；
（2）取上述配置0.05mol/L的乙酰丙酮锡或乙醇锡溶液80～100份，逐滴加入质量浓度为3.2%的沉淀剂 20～25份，常温搅拌10～60 分钟，至出现白色浑浊液；
（3）将步骤（2）所得到的溶液加入50～200份碳源搅拌20～60分钟，混匀；
（4）将步骤（3）所得到的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180～240℃烘箱中加热反应4～8小时，自然冷却；
（5）将步骤（4）所得到的溶液依次用去离子水、乙醇离心各清洗3次，在60℃下干燥2～7小时，进而在氮气中焙烧2小时，得到碳包覆纳米片状氧化锡材料，上述份数均指重量份数。
2.根据权利要求1所述的一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，所述的锡源为二氯化锡（SnCl2·2H2O）、四氯化锡（SnCl4·5H2O）、草酸亚锡、2-乙基己酸亚锡中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，所述的沉淀剂为氢氧化钠、氨水、氢氧化锂或氢氧化钾中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，所述的碳源为葡萄糖或聚丙烯酸甲酯（PMMA）中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述在氮气中的焙烧温度为450～650 ℃。
CN201410785639.5A 2014-12-18 2014-12-18 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法 Expired - Fee Related CN104577064B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410785639.5A CN104577064B (zh) 2014-12-18 2014-12-18 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410785639.5A CN104577064B (zh) 2014-12-18 2014-12-18 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104577064A true CN104577064A (zh) 2015-04-29
CN104577064B CN104577064B (zh) 2016-12-07

Family

ID=53092642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410785639.5A Expired - Fee Related CN104577064B (zh) 2014-12-18 2014-12-18 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104577064B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106179407A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 陕西科技大学 一种微波水热法制备碳包覆硫化锌微球的方法
CN108470882A (zh) * 2018-03-30 2018-08-31 江汉大学 氧化锡改性碳布基锂及钠金属负极及其制备方法
CN110571063A (zh) * 2019-08-22 2019-12-13 江苏大学 Sn2O3纳米片/功能化碳纳米片复合材料及制备方法
CN111883763A (zh) * 2020-08-07 2020-11-03 华东理工大学 一种氮掺杂碳纳米SnO2复合材料及其制备方法和应用
CN112018360A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池
CN112701265A (zh) * 2020-12-30 2021-04-23 桐乡市融杭科技合伙企业(有限合伙) 一种介孔碳包覆SnO2纳米花锂离子电池负极材料及制法
CN113880130A (zh) * 2021-12-06 2022-01-04 中博龙辉装备集团股份有限公司 一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271160A (ja) * 2000-03-28 2001-10-02 Nikko Materials Co Ltd 高密度ｉｔｏ焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN102054974A (zh) * 2010-12-07 2011-05-11 浙江大学 一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法
US20110300447A1 (en) * 2008-11-18 2011-12-08 Cornell University Carbon Coated Anode Materials

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271160A (ja) * 2000-03-28 2001-10-02 Nikko Materials Co Ltd 高密度ｉｔｏ焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法
US20110300447A1 (en) * 2008-11-18 2011-12-08 Cornell University Carbon Coated Anode Materials
CN102054974A (zh) * 2010-12-07 2011-05-11 浙江大学 一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RONG YANG等: "One-Step Synthesis of Carbon-Coated Tin Dioxide Nanoparticles for High Lithium Storage", 《J.PHYS.CHEM.C》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106179407A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 陕西科技大学 一种微波水热法制备碳包覆硫化锌微球的方法
CN108470882A (zh) * 2018-03-30 2018-08-31 江汉大学 氧化锡改性碳布基锂及钠金属负极及其制备方法
CN110571063A (zh) * 2019-08-22 2019-12-13 江苏大学 Sn2O3纳米片/功能化碳纳米片复合材料及制备方法
CN111883763A (zh) * 2020-08-07 2020-11-03 华东理工大学 一种氮掺杂碳纳米SnO2复合材料及其制备方法和应用
CN111883763B (zh) * 2020-08-07 2021-12-31 华东理工大学 一种氮掺杂碳纳米SnO2复合材料及其制备方法和应用
CN112018360A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池
CN112018360B (zh) * 2020-08-26 2022-02-18 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池
CN112701265A (zh) * 2020-12-30 2021-04-23 桐乡市融杭科技合伙企业(有限合伙) 一种介孔碳包覆SnO2纳米花锂离子电池负极材料及制法
CN113880130A (zh) * 2021-12-06 2022-01-04 中博龙辉装备集团股份有限公司 一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN104577064B (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104577064B (zh) 一种碳包覆纳米片状氧化锡材料的制备方法
CN108550805B (zh) 一种三氧化钼@二硫化钼核壳异质结构的纳米复合材料、制备方法及其应用
CN110474044A (zh) 一种高性能水系锌离子电池正极材料及其制备方法与应用
CN106229498B (zh) 一种适用于水系金属离子电池的负极材料及其制备方法
CN105845924B (zh) 氟掺杂的钛酸锂纳米片的制备方法
CN108598394B (zh) 碳包覆磷酸钛锰钠微米球及其制备方法和应用
CN112242526B (zh) 一种Mo掺杂VS4镁离子电池正极材料
CN106299344B (zh) 一种钠离子电池钛酸镍负极材料及其制备方法
CN105206815A (zh) 一种碳包覆Li4Ti5O12-TiO2/Sn纳米复合材料及其制备和应用
CN115064657A (zh) 一种高熵层状金属氧化物及其制备方法和应用
CN110993971B (zh) 一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用
CN105529447A (zh) 一种碳纳米管-碳-多孔硅复合材料制备方法及应用
CN110649263A (zh) 镍离子电池磷酸钒锂正极材料及溶胶凝胶制备方法与应用
CN112435865B (zh) 一种用于超级电容器的双壳空心柱状氢氧化镍电极材料及其制备方法和应用
CN108217725B (zh) 一种水合碱式焦钒酸锌（Zn3V2O7(OH)2·2H2O）材料的制备方法及应用
CN108281620B (zh) 一种钠离子电池负极材料二氧化钛的制备方法
CN106938852A (zh) 一种锂离子电池负极材料用纳米CuO的制备方法
CN105789602A (zh) 一种可用于锂离子电池负极的氧化锌纳米片的制备方法
CN111146008A (zh) 一种作为超级电容器的锰钼硫化物/石墨烯复合电极材料及其制备方法
CN110233251A (zh) 一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用
CN107317019B (zh) 一种钠离子电池负极用碳酸亚铁/石墨烯复合材料及其制备方法与应用
CN113628890B (zh) 双金属硒化物复合Ti3C2材料的制备方法及其产品和超级电容器
CN115057464A (zh) 一种三维多孔ZnO/SnO2复合材料及其制备方法与在镍锌电池中的应用
CN110323080B (zh) 水系超级电容器的制备方法
CN111769276A (zh) 一种含水型树叶状片层结构纳米材料及其制备方法和锂离子储能应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161207

Termination date: 20191218

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee