[发明专利]一种掺杂钴、锰二氧化锡纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂钴锰二氧化锡纳米管及其制备方法，本发明中将一定量的醋酸锰，醋酸钴，乙二酸二丁基锡溶于一定体积的N,N‑二甲基甲酰胺和乙醇中，然后加入适量的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌，得到棕红色的前驱体混合物溶液；然后在一定的电压、流率及一定的相对湿度氛围下进行静电纺丝；然后将静电纺丝产品进行烧结得到掺杂钴锰二氧化锡纳米管。电化学实验测试证明本方法制备的掺杂钴锰二氧化锡纳米管，作为锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种掺杂钴锰SnO₂纳米管及其制备方法。

背景技术

与宏观材料相比，纳米结构电极材料比表面积大，能够缩短电子、离子的传输距离，增加电极/电解液界面的面积和反应位点，特别是可缓冲充放电过程中体积变化所产生的内应力，进而提高电极材料的循环稳定性。因此，纳米材料是发展高性能锂离子电池材料的有效途径(梁初等，锂离子电池负极储锂材料的研究进展,2015,29(6):9-10；Nam K T等,Science,2006,312(5775):885-888)。

SnO₂纳米材料作为储锂材料具有理论容量高、能量密度大、原料来源广泛及价格低廉的优点，改善SnO₂的比表面积有利于缓冲其充放电过程中的体积变化，同时比表面效应有利于更多的锂发生脱嵌，是一种非常有潜力的锂电负极材料(Idota Y等，Science,1997,276,1395-1397；Besenhard J O等，Journal of Power Sources,1997,68(1):87-90)。2017年邵婷婷等人通过用水热法制备了二氧化锡纳米材料(一种二氧化锡纳米材料的制备方法，公开号为CN106915765A)。Wang Y等人制备了SnO₂纳米纤维，并研究了其光学及光电导性能(Wang Y等，J.Appl.Phys,2007,102,093517-1,093517-5)。尽管SnO₂纳米材料有许多好的方面，但其在充放电循环过程中存在较大的体积变化，材料易粉化坍塌，导致其循环次数少。而且存在首次不可逆容量较大、循环稳定性较差等问题。研究发现过渡金属掺杂有利于改善SnO₂的电化学性能。1994年Dahn等人首次报道了VO₂/LiNO₃/LiMn₂0₄水系锂离子电池材料的电化学性能(Science,1994,264(5162):1115-1118)。目前，锡酸盐材料应用于锂离子电池时循环性能还有待提高。

锂离子电池的正极材料一般为氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂。由于氧化钴锂电压高，且放电平稳等特点，因而其应用前景较好。2011年刘浩文等人采用水热法制备出了3种不同的纳米级钴酸盐，并测试了其充放电性能(Journal of South-Central Universityfor Nationalities,2011,30(4):11-15)。但是钴系材料的热稳定性欠佳并且价格昂贵。锰酸锂和三元材料也在市场中占有重要地位。用于制备锰酸锂的原料，且已有报道的锰系产品有：电解二氧化锰、高纯四氧化三锰、球形高纯三氧化二锰；用于制备三元材料的锰系产品主要有高纯一水硫酸锰。王双才等人以电解二氧化锰为原料，采用固相法工艺制备的尖晶石锰酸锂，并探究了其循环性能(石型锰酸锂的研究，矿冶工程，2012,32(6):113-115)。但锰酸盐作为锂电池材料应用还存在循环使用寿命不高等问题。为提高锂离子电池的电化学性能，本发明公开一种掺杂钴、锰二氧化锡纳米管及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，通过对二氧化锡进行钴锰金属离子掺杂，提供一种掺杂钴、锰二氧化锡纳米管及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种掺杂钴、锰二氧化锡纳米管，该纳米管材料的化学式为Co_0.25Mn_0.25Sn_0.5O₂。