[发明专利]一种蜂窝状二氧化锡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料与电化学储能器件领域，更具体地，涉及一种蜂窝状二氧化锡材料及其制备方法。

背景技术

随着现代生活和工业生产对化石燃料的需求量不断增加，地球正面临着日益严峻的环境问题，这也刺激着人们探索可大规模应用的清洁可再生能源，而对于大部分可再生能源，例如太阳能、风能等都是间歇性，因此发展高效率能源存储技术对可再生能源的大规模应用显得格外重要。

二次锂离子电池作为一种优异的能源存储器件近年来得到了迅速的发展，并被广泛应用于各种便携式电子设备及电动汽车当中，同时，由于地球上锂储量的限制，对钠离子电池的研发也受到越来越多关注。因此研发高性能的锂(钠)离子电池电极材料显得尤其重要。与商业石墨相比，二氧化锡具有更高的理论比容量，关于二氧化锡作为锂(钠)离子负极材料的研究也比较多。但无论是在锂离子嵌入还是钠离子嵌入的过程中，二氧化锡的体积都会发生剧烈的膨胀，并严重影响电极材料的循环稳定性和倍率特性。为了解决上述问题，通常采用的方式是将二氧化锡与碳复合以及设计特殊的微观结构。因为碳不仅可以增强材料的导电性还可以对二氧化锡的体积膨胀起到一定的约束作用，并且特殊结构的设计有利于为材料的膨胀提供一定的缓冲空间。例如Lei Zhang等采用一种选择性刻蚀的方法制备了多孔二氧化锡空心微立方体结构，其优点在于多孔及空心结构能提供更多的表面反应位点，但单纯的二氧化锡材料在充放电过程中的体积膨胀厉害，易于团聚稳定性低，给材料的应用带来极大困难(Energy Environ.Sci.,2014,7,1013–1017)；Jianping Li等采用模板法制备了二氧化锡/碳的核壳小球结构，其优点在于核壳结构不仅提供了一定的缓冲空间，同时碳包覆层也进一步避免了二氧化锡的团聚，为负极材料提供了可靠的循环稳定性，然而纳米小球的分散性导致了在充放电过程中电子或离子传输的障碍，对电极材料的性能尤其是倍率特性产生一定的影响(CrystEngComm,2014,16,517)。基于上述方案的优点及缺点，本专利提供了更加有利的优势来制备出高性能的蜂窝状二氧化锡锂(钠)离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合理设计并具有优异性能的蜂窝状二氧化锡材料及其制备方法，能够准备出高性能，并且更加具有有利优势的离子电池负极材料。

本发明公开了一种蜂窝状二氧化锡材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：二氧化硅小球的制备

取60-70mL乙醇和30-40mL去离子水于同一个烧杯中搅拌混合均匀，加入4-5mL的正硅酸四乙酯和8-10mL的质量分数为25％的氨水，在室温下搅拌8-12小时，离心并用去离子水和酒精分别洗涤多次并干燥；

步骤二：二氧化锡包覆二氧化硅小球的制备

称取所述步骤一种获得的0.03-0.06g二氧化硅小球并超声分散在50-70mL的水和乙醇混合液中，其中乙醇的体积分数为37.5-45％；之后再加入0.3-0.4g易水解的锡盐和1.2-1.8g尿素并连续搅拌5-10分钟后，将悬浊液转移到100mL的水热釜中，于160-180℃下反应12-18小时，离心洗涤并烘干后得到产物；

步骤三：蜂窝状二氧化锡材料的制备

将所述步骤二制备的二氧化锡包覆二氧化硅小球取0.2-0.3g，超声分散在50-70mL去离子水中，加入0.1-0.3g有机溶解物和8-10g立方晶型的水溶性盐溶解在其中；加热到沸腾并不断搅拌使水分完全蒸发后得到白色粉末，将其在保护气体的氛围下加热到550-700℃并保温2-3小时后自然冷却，将所得物分散在2-3mol/L的氢氧化钠或氢氟酸溶液中并浸泡8-12个小时，过滤洗涤多次并烘干。

进一步地，所述易水解的锡盐为三水合锡酸钾、氯化锡或氯化亚锡或上述材料的水合物。

进一步地，所述有机溶解物为葡萄糖、蔗糖或柠檬酸。

进一步地，利用所述蜂窝状二氧化锡材料的制备方法所制备出的二氧化锡材料。

进一步地，利用所述蜂窝状二氧化锡材料的制备方法所制备的材料所生产的锂或钠离子电池负极材料。