[发明专利]一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法及应用

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法及应用，属于硫锡化物/碳复合材料制备技术领域。一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法及应用，将硫源、锡源、溶剂和碳源按照一定的比例均匀混合得到的混合物放入高压球磨罐中，在一定的条件下球磨，球磨后得到的样品分别用无水乙醇和去离子水冲洗2‑4次，冷冻干燥后在保护气氛炉中退火，冷却后进行研磨得到硫锡化物/碳复合材料样品，可以通过运用超临界二氧化碳自身在超临界态下的强分散性和其高压低温提供的反应条件制备硫锡化合物/碳复合材料，提供了一种反应温度低、绿色环保，易工业化的生产方法。

技术领域

本发明涉及硫锡化物/碳复合材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法及应用。

背景技术

随着锂离子电池的大规模开发利用，地球上的锂及商用锂离子电池所必须的钴等资源的紧缺，开发一种成本更低的商用动力电池就显得迫在眉睫，其中，钠离子电池由于其较低的成本和其原料的丰富性，成为了替代锂离子电池的重要角色。其中，由于钠离子的离子半径比锂离子要大，商用化的石墨负极在钠离子电池中的理论容量较低，不能充当电池负极的作用。而硫锡化合物，包括硫化锡和硫化亚锡，由于其在钠离子电池的反应中存在合金化反应，相较于传统的碳负极，理论容量达到了1028mAhg^-1(硫化亚锡)和1141mAhg^-1(硫化锡)，但其较差的导电性和在充放电过程中极大的体积膨胀，分别为242％(硫化亚锡)和324％(硫化锡)，大大限制了其在钠离子电池负极材料领域的应用。

现有技术中最常见的方法是构建其和碳的复合材料来改善其导电性差和体积膨胀的问题，硫锡化合物和碳材料复合的方法单一，且在进行材料复合时大多是通过水热法通过锡源，硫源，以及碳源的复合制备硫锡化合物/碳复合材料，该方法反应条件较高，需要水热高温的反应条件，不利于大规模的推广。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法及应用，它可以通过采用超临界二氧化碳流体作为溶剂和反应介质，运用超临界二氧化碳自身在超临界态下的强分散性和其高压低温提供的反应条件制备硫锡化合物/碳复合材料，提供了一种反应温度低、绿色环保，易工业化的生产方法。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种超临界二氧化碳流体制备硫锡化物/碳复合材料的方法，包括以下步骤：

S1、将硫源、锡源、溶剂和碳源按照一定的比例均匀混合，得到混合物，将混合物放入高压球磨罐中，对高压球磨罐内抽真空后将CO2气体充入高压球磨罐中，混合物在压力65～200bar、温度20～80℃和球磨转速为100～700r/min的条件下球磨0.5～48h；

S2、上述S1中球磨反应完成后，迅速释放高压球磨罐中的CO2气体，收集得到的反应液，抽滤，得到的样品分别用无水乙醇和去离子水冲洗2-4次，冷冻干燥；

S3、将S2中得到的样品在保护气氛炉中以300-600℃的温度退火0.5-12h，升温速率为0.5-5℃，冷却后进行研磨得到硫锡化物/碳复合材料样品。

进一步的，所述S1中硫源为硫脲或硫代乙酰胺，且硫源的纯度不低于化学纯。

进一步的，所述S1中锡源为无水硫化亚锡、无水硫化锡、结晶硫化锡，且锡源的纯度不低于化学纯。

进一步的，所述S1中溶剂为乙醇或者乙二醇，且溶剂的纯度不低于化学纯。

进一步的，所述S1中碳源包括石墨烯、氧化石墨烯、电解碳等碳材料或含碳材料，且碳源的纯度不低于化学纯。