[发明专利]一种柔性SnS-C纳米纤维的静电纺丝制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性SnS‑C纳米纤维的静电纺丝制备方法。首先将SnCl₂·2H₂O加入到N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌溶解得到无色透明溶液；再加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌得到粘稠的静电纺丝前驱体溶液，再将其转移至医用注射器中，在静电纺丝装置上纺丝，纺丝得到的纳米纤维用铝箔接收，然后先进行干燥，再用瓷舟收集纳米纤维，置于马弗炉内煅烧；冷却后再置于放有硫脲的通Ar/H₂管式炉中硫化、并初步碳化处理；冷却后移除硫脲残渣，继续在通Ar/H₂管式炉中进一步高温碳化即得最终产物SnS‑C纳米纤维。本发明制备的SnS‑C纳米纤维具有均匀的直径，约为80～150nm，且具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料制备技术领域，特别涉及一种柔性SnS-C纳米纤维的静电纺丝制备方法，柔性SnS-C纳米纤维可用作锂离子电池柔性电极。

背景技术

近年来，科技的迅猛发展，给人类带来了诸多便捷。但能源危机以及环境污染等问题也成为了人类面临的两大挑战。在过去的十多年里，很多研究人员都致力于发展新能源技术，并尝试克服这两大挑战。例如太阳能、风能等可再生清洁能源都已经取得了卓越的成就。而能量的转换与储存是实现高效利用可再生清洁能源的一个关键因素。锂离子电池是目前应用最广泛的能量储存设备，其研究重点在于电极材料性能的提升。就负极材料而言，目前广泛应用于锂离子电池负极的石墨类材料，由于其低的比容量而难以满足日益增长的容量需求。因此，具有高理论比容量的过渡金属硫化物材料成为了锂离子电池负极材料的研究热点。在所有的过渡金属硫化物中，硫化亚锡(SnS)由于其独特的层状结构以及大的层间距更利于锂离子和电子的快速传输，受到了大量研究人员的关注。

水热法、溶剂热法以及热蒸发法等是制备SnS最常用的方法，但由于其制备工艺复杂、原材料成本高、技术要求高、易对环境造成负面影响等缺点而受到了限制。静电纺丝技术是一种设备简单、制备过程可控、对环境无污染且几乎无原材料的浪费，被认为是制备一维纳米材料最行之有效的方法之一。静电纺丝制备纳米材料的过程较为简单，大致可分为四步：首先通过溶胶-凝胶法配制得到含有目标材料的溶液；然后向得到的溶液中加入有利于纺丝的大分子量长链聚合物(例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)等)；再将得到的溶液注入到静电纺丝设备中进行纺丝并收集样品；最后将收集的样品进行高温煅烧即得最终的静电纺丝产物。

现如今，随着科技的进步，人们对高科技产品的要求也逐渐提高，市场上现有的大多数电子设备都是不可穿戴式的，其主要限制在于无法折叠的锂离子电池。因此，本发明利用静电纺丝制备SnS-C纳米纤维作为锂离子电池柔性电极，用于可穿戴式移动电子设备以及大型的能量储存的研究具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的SnS-C制备工艺复杂、成本高昂、无法作为锂离子电池柔性电极的问题，提供了一种柔性SnS-C纳米纤维的静电纺丝制备方法。

本发明的技术方案为：

一种SnS-C纳米纤维的静电纺丝制备方法，包括如下步骤：

(1)将SnCl₂·2H₂O加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至完全溶解后得到无色透明的溶液；

(2)向步骤(1)所得溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，继续进行磁力搅拌，得到粘稠的无色透明的静电纺丝前驱体溶液；

(3)将步骤(2)所得前驱体溶液转移至医用注射器中，在静电纺丝装置上纺丝，纺丝得到的纳米纤维用铝箔接收；

(4)对步骤(3)所得的载有纳米纤维的铝箔先进行干燥，然后用瓷舟收集纳米纤维置于马弗炉内进行预氧化煅烧以稳定纳米纤维结构；

(5)对步骤(4)所得的稳定后的纳米纤维置于放有硫脲的Ar/H₂管式炉中硫化处理，并初步碳化处理；