碳包覆纳米锡球的制备方法及其产品和应用.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CN107658462A(43)申请公布日2018.02.02(21)申请号201710984575.5(22)申请日2017.10.20(71)申请人上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司地址200241上海市闵行区江川东路28号(72)发明人何丹农王敬锋林琳金彩虹(74)专利代理机构上海东亚专利商标代理有限公司31208代理人董梅(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)B82Y30/00(2011.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称碳包覆纳米锡球的制备方法及其产品和应用(57)摘要本发明公开了一种碳包覆纳米锡球的制备方法及其产品和应用。先制备油酸锡混合液，然后将制备的油酸锡混合液加入到晶体模板中，充分搅拌与分散，油酸锡将有效覆盖在晶体模板的表面；将油酸锡/晶体模板的混合物转移到管式炉中，在保护气体的气氛下于煅烧处理，得固体粉末，将所得的固体粉末洗涤干燥最终得到碳/锡纳米复合材料。本发明方法一步直接加热实现了纳米晶/碳合材料的制备，所得到的锡球纳米晶尺寸较小，碳包覆完全，步骤简单，工艺简单，易于控制。所得产品有利于缩短锂离子传输的路径，能抑制锡在充放电过程中的体积膨胀，还能避免锡在嵌脱锂过程中团聚的问题，有效提高了锡的储锂性能，在锂离子电池电极材料方面有很大的应用潜力。CN107658462ACN107658462A权利要求书1/1页1.一种碳包覆纳米锡球的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：a、油酸锡混合液的制备：五水合四氯化锡溶于去离子水中，加入油酸钠进行搅拌，五水合四氯化锡与油酸钠的质量比为1~3:1，在80℃温度下进行离子交换6小时，得到含有油酸锡的混合液；b、采用特定的晶体作为晶体模板，将制备的含有油酸锡的混合液加入到晶体模板中，充分搅拌与分散，油酸锡将有效覆盖在晶体模板的表面；c、将上述油酸锡/晶体模板的混合物转移到管式炉中，在保护气体的气氛下于温度为600~800℃进行煅烧处理，煅烧时间为6小时；d、将所得的固体粉末用去离子水洗涤干净，去除模板，在60℃下干燥处理，最终得到碳/锡纳米复合材料。2.根据权利要求1所述碳包覆纳米锡球的制备方法，其特征在于所述的模板晶体为硫酸钠（Na2SO4），碳酸钠(Na2CO3)，氯化钠（NaCl）中的一种。3.根据权利要求1所述碳包覆纳米锡球的制备方法，其特征在于所述的晶体模板用量为含有油酸锡的混合液中锡元素质量的10~20倍。4.根据权利要求1所述碳包覆纳米锡球的制备方法，其特征在于所述的煅烧温度为700℃。5.根据权利要求1所述碳包覆纳米锡球的制备方法，其特征在于所述的保护性气体为氩气，氮气。6.一种碳包覆纳米锡球，其特征在于根据权利要求1-5任一所述方法制备得到，所得到的锡纳米球尺寸在10~25纳米范围内，氧化亚锡包覆在锡的表面，碳层材料则包覆在氧化亚锡的表面，形成了特殊的异质结结构。7.根据权利要求6所述碳包覆纳米锡球作为锂离子电池电极材料的应用。2CN107658462A说明书1/4页碳包覆纳米锡球的制备方法及其产品和应用技术领域[0001]本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种碳包覆纳米锡球的制备方法及其产品和应用。背景技术[0002]锂离子电池具有能量密度高和自放电速率低等特点，已被广泛地应用在手机、笔记本电脑、数码相机等可携带的电子产品上。然而，它的能量密度仍不能满足新兴的电动交通工具的需求。作为锂电池的一个关键部分，电极材料决定着电化学性能。1mol锡可以和4.4mol锂发生合金化反应，理论比容量高达990mAhg-1，接近石墨的三倍。嵌锂电位适中，避免了金属锂的沉积问题，且对环境污染小，价格便宜。因此，它有望取代商品化的石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是，锡在充放电过程中伴随着严重的体积膨胀，膨胀率高达300%，容易引起锡的破裂粉化，电极结构损坏，活性物质从集流体上脱落，最终导致容量的迅速下降。为了抑制锡的体积膨胀，科研工作者做了大量的研究，主要方法包括将锡的氧化物引入到金属锡中，或者在锡的表面用导电的碳层包覆，构筑特殊结构的锡纳米材料等等。将锡的氧化物引入到纳米锡材料后，氧化锡与锂反应能够生成Li2O，其可作为惰性基体起到缓冲剂的作用，能有效缓解锂离子嵌入锡时的体积膨胀，同时Li2O能抑制在嵌脱锂过程中金属Sn的团聚，还能作为锂离子迁移的传导媒介；将金属锡表面包覆碳层材料，不仅能大大提高锡的导电性，而且能抑制锡在充放电过程中的体积膨胀，避免锡在嵌脱锂过程中团聚的问题，有效提高金属锡的储锂性能。[0003]在锂电池电极材料的制备过程中