[发明专利]一种锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备与应用

说明书

本发明提供一种锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备与应用，其特征在于，该材料为锡钴合金颗粒均匀嵌入到三维中空碳球中，其锡钴合金颗粒包括锡(Sn)，锡钴(SnCo)，二锡化钴(CoSn2)，其颗粒粒径在5‑50nm，碳纳米管直径在20‑50nm之间，三维中空碳的壁厚约为10‑30nm，该材料中锡钴合金与碳量的质量百分比为：(0.3‑0.7):(0.7‑0.3)。其制备方法过程简单，该材料用于锂离子电池负极，具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备与应用，属于锂离子/钠离子二次电池电极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、容量大、工作温度范围宽、自放电率低、无环境污染、无记忆效应等特点，因而得到了普遍应用。目前的许多数码设备都采用锂离子电池作为电源，而且，近年来随着新一代混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)日益受到关注，作为其主要动力能源的锂离子电池愈加成为技术热点。

而目前工业使用的锂离子电池负极材料为碳材料(人造石墨，天然石墨)，其理论容量仅为372mAh/g，难以满足高功率和能量密度电动车的需求。所以，制备能够承受大电流，长充放电循环的负极材料成为了技术关键，同时，负极材料还必须具有较大的比表面积，较高的电导率，较快的Li⁺扩散速率和结构稳定等优点。而在新型的负极材料中，锡钴合金因具备高理论比容量，导电性好，安全环保，价格低廉等优点而受到广泛关注，同时也受到日本索尼公司的产业化研究。然而，锡基材料存在普遍缺点，既在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出，会引起本身体积的剧烈膨胀，从而易于导致活性材料在循环过程中发生粉化，进而导致其循环性能和倍率性能较差。为了克服这一问题，目前的研究发现，将锡基材料进行碳包覆会对其有良好的保护效果。而在碳材料中，碳纳米管由于本身具有超强的导电性、力学特性和高稳定性等，故被视为最佳的碳包覆材料之一；同时碳纳米管的加入可以提高电极中复合材料整体的导电性和离子传输性能。

本发明拟通过用锡钴合金作为催化剂，以廉价的氯化钠作为基体，一步原位制备碳纳米管/三维碳网络混合包覆锡钴合金材料，用作锂离子电池的负极材料，本制备方法工艺简单、安全环保，同时原料廉价易得，所制产品具有良好的电化学性能和良好的一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备与应用。该材料为锡钴合金纳米颗粒均匀嵌入到碳纳米管或三维中空碳球中构成，其制备方法过程简单，该材料用于锂离子电池负极，具有良好的电化学性能。

本发明的技术方案通过以下步骤实现，

一种锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备与应用，其特征在于，该材料为锡钴合金颗粒均匀嵌入到三维中空碳球中，其锡钴合金颗粒包括锡(Sn)，锡钴(SnCo)，二锡化钴(CoSn2)，其颗粒粒径在5-50nm，碳纳米管直径在20-50nm之间，三维中空碳的壁厚约为10-30nm，该材料中锡钴合金与碳量的质量百分比为：(0.3-0.7):(0.7-0.3)。

上述结构的锡钴合金嵌入碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1).以蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、淀粉中的一种或几种混合为碳源，以氯化亚锡为锡源，以氯化钴为钴源，以氯化钠、碳酸钠、硅酸钠中的一种或几种混合为模板，以锡源中的锡与钴源中的钴原子摩尔比为(2～5)：1，以锡源中的锡与碳源中的碳原子摩尔比为1：(10～30)，以锡源中的锡与氯化钠的摩尔比为1：(100～200)计，将碳源、锡源、钴源和氯化钠加入去离子水中溶解，配成均匀溶液后；进行真空冷冻干燥，得到混合物；