[发明专利]PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料及其应用技术领域，特别涉及一种PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒、其制备方法及其应用。

背景技术

近十年来，中空材料一直是人们研究的热点之一，因其独特的结构特征而被广泛应用于多个领域，在催化、燃料电池、生物技术、润滑、纳米反应器、能量存储（如锂离子电池等）等方面的应用中表现出优良的性能。而中空结构材料作为锂离子电池电极材料受到越来越多的关注和研究。很多高容量硅基、锡基、锗基等电极材料在锂合金化过程中会发生严重的体积膨胀，产生机械应力，导致活性材料粉化剥落，电极性能迅速下降。和实心材料相比，中空材料具有密度小、比表面积大、表面渗透性好等优点，而且，由于内部空腔可以吸收部分体积膨胀，因而表观体积膨胀小，可以在很大程度上提高其循环稳定性。除此之外，中空结构负极材料体积变化自由度大，从而减小过压并且更有利于电极表面的反应进行。因此，中空微/纳结构材料作为锂离子电池电极材料引起了广泛的关注。

申请公布号为“CN 102983309”的发明专利公开了采用中空锡纳米颗粒作为锂电池负极材料，可以克服体积膨胀。但是中空纳米颗粒作为负极虽然可利用空心结构获得高的面积比能量，但存在三维纳米结构稳定性差和界面稳定性差的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中中空锡纳米颗粒作为锂电池负极材料结构稳定性和界面稳定性差的问题，本发明提供了一种PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒、其制备方法及其应用。

本发明的技术方案为：

一种PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒，包括中空锡合金纳米颗粒，所述中空锡合金纳米颗粒外面由PMMA包覆层包覆。

优选的，所述PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒的粒径为150-180nm，所述中空锡合金纳米颗粒的粒径为140-160nm，所述包覆层的厚度为10-20nm。

所述PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

1）化学还原法制备镍纳米颗粒

配制2-8g/100ml的NiCl₂·6H₂O的无水乙醇溶液，逐滴加入1-4 mol/L的NaOH溶液，调节 pH值至12-14，在60-80℃下保温，向加热后的溶液中加入15-30ml 80%wt的水合肼，恒温反应50-70min，反应结束后离心分离出黑色物质，用水和无水乙醇清洗，在80 ℃-120 ℃温度下真空干燥12-24 h，得镍纳米颗粒，保存待用；

2）电流置换法制备中空Sn-Ni合金纳米颗粒

配制150ml浓度为1-2g/100ml的SnSO₄水溶液，将0.5-2g镍纳米颗粒超声分散在SnSO₄水溶液中，在80 ℃-120 ℃下搅拌反应10-36小时，提纯、干燥得中空Sn-Ni合金纳米颗粒；

3）PMMA包覆中空Sn-Ni合金纳米颗粒

取0.1-1g中空Sn-Ni合金纳米颗粒加入至100ml蒸馏水中，超声分散，加入0.01-0.5g十二烷基硫酸钠，升温至75℃-100℃；加入0.1-0.5g引发剂过硫酸铵，搅拌10-30 min后逐滴滴加0.01-0.1g甲基丙烯酸甲酯，0.5h-1h滴完；滴加完毕后，继续保温至反应完毕；用氨水调节pH值7-8，迅速冷却至常温，减压过滤，洗涤滤饼并干燥，研磨得PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米颗粒。

优选的，步骤2）中提纯、干燥的具体步骤为：将反应液转移至洁净烧杯，超声分散，并在洁净烧杯底加磁场，黑色物质沉在烧杯底部，立即倒出上层白色浑浊部分，再往烧杯中加入蒸馏水，重复上面的步骤，反复分离清洗3-5次，再用无水乙醇清洗3-5次，然后将该黑色物质在80 ℃-120 ℃下真空干燥12-24 h。

优选的，步骤3）中，采用蒸馏水洗涤滤饼3-5次，然后在40-70℃的真空干燥箱中干燥12-36h。

所述PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒在锂电池负极材料中的应用。

作为优选方案，所述PMMA包覆的中空锡合金纳米颗粒在锂电池负极材料中的应用，包括以下步骤：

a准备直径为8mm，厚度为10-30um的铜箔若干个；将铜箔置于稀盐酸溶液中超声清洗3-5min，然后将铜箔置于丙酮溶液中超声清洗3-5min；从丙酮溶液中取出铜箔，分别用去离子水和酒精清洗，然后干燥、称重；