[发明专利]一种锡不完全填充碳壳的碳包锡纳米材料的制备方法

说明书

一种锡不完全填充碳壳的碳包锡纳米材料的制备方法，包括将普通滤纸剪成条状置于烘箱中干燥待用；形成SnO₂乙醇溶液；将SnO₂乙醇溶液逐滴滴到干燥好的滤纸上；载有SnO₂的滤纸放入石英舟中，然后将该石英舟放到CVD炉的恒温区，通入Ar气直到排净CVD炉的石英管中的空气，将CVD炉升温到反应温度通入C₂H₂气体，保温；停止通C₂H₂气体，持续通Ar气，升温到900℃‑1100℃，并保温30‑180分钟，后自然冷却到室温；停止通Ar气，打开石英管，取出样品，研磨。本发明具有能使碳壳与锡球之间存在间隙，该间隙成为锡在嵌锂和脱锂时体积膨胀时的缓冲空间的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体是一种锡不完全填充碳壳的碳包覆锡纳米复合材料的制备方法。

技术背景

锡基材料可以用作锂离子电池的负极材料，其理论的比容量为994 mAh g^-1，石墨材料的理论比容量仅为372 mAh g^-1，因而锡在锂离子电池方面具有巨大的应用潜力。但是，在电池充放电反应的过程中，由于锡锂合金相形成的可逆反应体积发生膨胀（约300%）引起电极材料的失效甚至分化，导致其实际容量较低且循环稳定性不高，随着充放电循环的进行，其容量衰减很快。

为了解决二氧化锡电极材料体积变化巨大的问题，人们常识了各种途径，比如制备二氧化锡纳米空心管、纳米线等结构。虽然这些常识不同程度地改善了Sn基负极材料的循环稳定性，但是其复杂的制备方法决定了高成本和难以大批量生成的问题。

中国专利申请201010619479.9披露了一种纳米碳包覆的锂电池负极材料的制备方法，通过将碳化后的废弃农作物与金属盐溶液混合后烧结得到多孔活性碳基体，然后将多孔活性碳基体回流处理后分散于氧化锡的前驱体溶液中，得到二氧化锡活性碳复合材料，最后将二氧化锡活性碳复合材料与天然高分子溶液加热反应后焙烧处理，得到纳米碳包覆的锂电池负极材料。碳壳具有良好的导电性，采用碳壳包覆可以防止活性材料团聚，并且对于锡这种嵌锂时体积膨胀很大的材料可以起到一定的束缚作用。这种纳米碳包覆的锂电池负极材料的缺点在于：二氧化锡的纳米球充满于碳壳内，由于充放电时、锡在嵌锂和脱锂时体积发生膨胀达到约300%，碳壳直接受到巨大的冲击力，导致碳壳容易破损，缩短负极的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锡不完全填充碳壳的碳包锡纳米材料的制备方法，使碳壳与锡球之间存在间隙，该间隙成为锡在嵌锂和脱锂时体积膨胀时的缓冲空间。

一种锡不完全填充碳壳的碳包锡纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将普通滤纸剪成条状，置于烘箱中，40-60℃干燥6-12小时待用。

第二步：将SnO₂粉体放入无水乙醇中、超声分散2-4小时形成SnO₂乙醇溶液；超声处理使SnO₂粉体充分分散到无水乙醇中。

第三步：将第二步中所得的SnO₂乙醇溶液逐滴滴到第一步中干燥好的滤纸上，同时在40-60℃干燥6-12小时；从而使SnO₂能充分溶渗入滤纸，使SnO₂待在滤纸里，为后续反应提供Sn源。