[发明专利]一种锡基复合材料、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种锡基复合材料、其制备方法和用途。所述方法包括以下步骤：(1)将SnO₂纳米颗粒、碳源和有机试剂的水溶液混合，得到混合溶液，对所述混合溶液进行加热，得到SnO₂@C前驱体；(2)将步骤(1)得到的SnO₂@C前驱体、分散剂和有机试剂混合，得到前驱体悬浊液，将金属盐溶液、咪唑溶液和前驱体悬浊液进行混合反应，得到SnO₂@C@NC前驱体；(3)将步骤(2)所述SnO₂@C@NC前驱体进行炭化处理，得到锡基复合材料。本发明提供的锡基复合材料的制备方法解决了现有技术制备锡基复合材料的关键问题，制备流程简单，制备成本低，过程清洁无污染，材料性能优异，能够满足市场的不同需求。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种锡基复合材料、其制备方法和用途。

背景技术

由于具有能量密度高、环境友好及无记忆效应等诸多特点，锂离子电池的发展备受人们关注，成为目前适用范围最广的二次电池之一。石墨负极材料已经无法满足对于高比能电池的要求，因此亟待开发出一种具有能量密度高、制备成本低的负极材料。Sn基负极材料具有理论比容量高、安全性能好、制备过程简单及成本低等优点，被认为是具有良好商业化前景的新一代锂离子电池负极材料。但是由于嵌锂过程中的体积膨胀问题以及SnO₂的导电性问题，严重阻碍了Sn基负极材料的循环性能和安全性能。

目前，通常采用二氧化锡与石墨烯复合的方法改善其性能。发明专利CN108649203A公开了一种二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法，首先经过预处理得到膨胀石墨，然后经过高压水热反应和两次热处理得到二氧化锡/石墨烯复合材料，操作复杂且工艺复杂，同时表现出较差的电化学性能。发明专利CN108793233A公开了一种多层中空氧化锡材料的制备方法，膨胀石墨经过微波、超声、共聚、交联等系列过程与氧化锡进行复合，得到多层中空氧化锡材料，步骤冗杂，限制了其进一步应用。发明专利CN109167047A公开了一种自支撑三维石墨烯/锡复合材料的制备方法，但是氧化石墨烯材料的高昂成本限制了其商业化发展。发明专利CN107369819A公开了一种蛋状双碳壳层锡基复合材料的制备方法，但是制备过程中多次使用模板法严重阻碍了其大规模生产。发明专利CN108321376A公开了一种CNF@SnO₂纳米复合材料的制备方法，但是其电化学性能无法满足当前对于负极材料的需求。

因此，本领域需要开发一种新型负极材料，使其具有容量密度高、导电性能好、制备流程简单和制备成本低等诸多优势，具有很好的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锡基复合材料、其制备方法和用途。本发明锡基复合材料的制备方法解决了现有技术制备锡基复合材料的工艺流程复杂、材料性能差等关键问题，且制备成本低，过程清洁无污染，能够满足市场的不同需求。

本发明的目的之一在于提供一种锡基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将SnO₂纳米颗粒、碳源和有机试剂的水溶液混合，得到混合溶液，对所述混合溶液进行加热，得到SnO₂@C前驱体；

(2)将步骤(1)得到的SnO₂@C前驱体、分散剂和有机试剂混合，得到前驱体悬浊液，将金属盐溶液、咪唑溶液和前驱体悬浊液进行混合反应，得到SnO₂@C@NC前驱体；

(3)将步骤(2)所述SnO₂@C@NC前驱体进行炭化处理，得到锡基复合材料。

本发明采用溶液法合成SnO₂@C的前驱体材料，使得SnO₂纳米颗粒被限域在碳骨架结构中，同时有利于进行ZIF材料的包覆，得到SnO₂@C@NC的前驱体。然后在惰性气氛下进行炭化处理，得到最终产物SnO₂@C@NC。