一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113880130A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111475152.3H01M10/054(2010.01)(22)申请日2021.12.06(71)申请人中博龙辉装备集团股份有限公司地址313116浙江省湖州市长兴县小浦镇郎山工业集中区(72)发明人李哲东符兵(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人沈金龙(51)Int.Cl.C01G19/00(2006.01)C01B32/05(2017.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/587(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用。本发明制备方法采用四氯化锡为锡源，蔗糖为碳源，十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮为活性剂，草酸为模板，在水热环境下制备二氧化锡碳复合材料，再在管式炉中高温下进一步反应形成锡碳复合材料，进一步将锡碳复合材料与硫磺混合后在惰性气氛保护下煅烧获得硫化亚锡碳复合材料。本发明原料价格低廉，合成材料结构由一次纳米粒子组成二次微米颗粒，该结构能利用一次纳米粒子缩短钠离子在材料中的扩散路径，此外二次微米颗粒组成碳骨架具有多孔结构，一方面既能提高硫化亚锡的导电性，又能够有效抑制硫化亚锡电化学反应中的体积变化，保持电极的结构稳定性。CN113880130ACN113880130A权利要求书1/1页1.一种硫化亚锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以四氯化锡为锡源，蔗糖为碳源，十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮为活性剂，草酸为模板，将四氯化锡、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶解在水中，再加入蔗糖和草酸溶解获得混合液，其中，锡源与活性剂的质量比为1∶0.16~0.667；锡源与碳源的质量比为1∶2.16~4.667，锡源与模板的质量比为1∶0.24~1；（2）将混合液在180~200℃下反应10~24小时获得沉淀，收集沉淀清洗、干燥获得二氧化锡碳复合材料；（3）将步骤（2）获得的二氧化锡碳复合材料在惰性气氛中，以3~5℃/min升温到600~650℃，保温3~5小时，生成锡碳复合材料；（4）将步骤（3）获得的锡碳复合材料与硫磺混合，在惰性气氛中煅烧获得硫化亚锡碳复合材料，其中，锡碳复合材料与硫磺的质量比为1∶3~5，煅烧时以3~5℃/min升温到500~600℃，保温2~4h。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，活性剂中十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶1~2。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，每1g锡源对应水的用量为24~50ml。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，反应在具有聚四氟乙烯涂层的不锈钢高压釜中进行。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）和（4）中，惰性气氛为氮气或氩气。6.如权利要求1~5任一所述制备方法制备的硫化亚锡碳复合材料。7.如权利要求6所述硫化亚锡碳复合材料在制备钠离子电池负极材料中的应用。2CN113880130A说明书1/5页一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及钠离子电池电极材料技术领域，特别是涉及一种硫化亚锡碳复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂离子电池是目前最具优势的电化学储能器件，尽管具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应等优点。但随着新能源技术的发展，锂离子电池的安全问题、成本问题成为制约其进一步发展的瓶颈问题。钠离子电池与锂离子电池的充放电机理相似，且钠储量丰富，成本较低，可在过充、过放、针刺、挤压等安全项目测试中不起火不爆炸，还可进行低电量运输，不需要对电池进行预充电，提高电池的运输安全。因此，钠离子电池是前景较好的替代锂离子电池的下一代二次电池。钠离子电池虽具有上述优势，但钠离子具有比锂离子更大的半径，导致钠离子电化学反应动力不足，影响了其倍率性能，且适合于锂离子电池的负极石墨，在钠离子电池中不具备层内脱嵌的能力。因此开发新型的钠离子电池负极材料对其商业化应用至关重要。[0003]目前研究中的钠离子电池负极材料包括硬碳，钛氧化物，合金类，过渡金属化合物等。硬碳负极是较早的钠离子电池负极材料，与石墨性质不同，钠离子可在碳材料表面、孔洞、边缘、缺陷位置吸附、以及碳层间少量嵌入，但其储钠容量有限。第二类为钛基化合物，如Na2Ti3O7，TiO2，NaTi2(PO4)3，它们具有稳定的晶体结构，便于钠离子在三维空间内脱嵌，‑1但它们的储钠容量也十分有限（~200mA