[发明专利]一种管状二氧化锡、碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种管状二氧化锡、碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法及应用；首先，制备纳米级棒状羟基锡酸铜前驱物，再将其在酸性溶液中经水热反应制备二氧化锡纳米管，后再用多巴胺对二氧化锡纳米管进行碳包覆；管状二氧化锡纳米材料可作为气体传感器进行应用，在应用于气体传感器时，其中空结构有利于气体分子的在敏感膜内扩散传递，从而使其对空气中的有机挥发性气体有很高的敏感响应。碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料可作为锂离子电池的负极活性物质进行应用，在应用于锂离子电池时，其能很好的缓冲二氧化锡在充放电过程中的体积效应，提高了负极材料的导电性，从而提高锂电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于微纳米材料技术领域，具体涉及一种管状二氧化锡、碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法及应用，具体为管状二氧化锡的制备方法及其在气体传感器中的应用、碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

随着化石能源的不断减少，便携式电子设备和新能源汽车的使用不断增多，人们对于高能量密度和高稳定性的锂离子电池的需求更加迫切。目前，商业化锂离子电池的负极材料主要为碳基材料，而碳基材料的理论容量仅为372mAh g^-1且倍率性能较差，已不能满足当前日益增长的能量需求。

其中，二氧化锡由于其较低的嵌锂电位(小于0.5V Li⁺/Li)和较高的理论容量(782mAh g^-1)，被认为是碳材料的代替者之一。然而，二氧化锡自身导电性较差，且在充放电过程中，往往伴随着较大的体积变化，循环期间锂离子的反复嵌入与脱出极易引起电极材料的粉化和团聚，从而导致循环稳定性较差。因此，如何有效缓解体积效应和粉化现象，已经成为当前研究二氧化锡负极材料的关键。目前，研究者们主要通过合成纳米尺寸的二氧化锡以及构建复合材料来有效解决上述问题。但是现有技术中的二氧化锡纳米材料及其复合材料的制备方法较为繁复，应用领域也较为局限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种管状二氧化锡、碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法及应用。本发明首先制备得到了管状二氧化锡纳米材料，并通碳包覆制备得到碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料。管状二氧化锡纳米材料可作为气体传感器进行应用，在应用于气体传感器时，其中空结构有利于气体分子的在敏感膜内扩散传递，从而使其对空气中的有机挥发性气体有很高的敏感响应。碳包覆管状二氧化锡纳米复合材料可作为锂离子电池的负极活性物质进行应用，在应用于锂离子电池时，其能很好的缓冲二氧化锡在充放电过程中的体积效应，提高了负极材料的导电性，从而提高锂电池的循环稳定性和倍率性能。

本发明采取的技术方案为：

一种管状二氧化锡纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将锡盐溶解在去离子水中，加入氢氧化钠调节其为强碱性，然后向其中加入铜盐的水溶液，搅拌均匀后，进行静置陈化，然后经过滤、洗涤、干燥，得到纳米棒状羟基锡酸铜前驱物；

(2)将步骤(1)得到的纳米棒状羟基锡酸铜前驱物分散于酸性溶液中，再将混合液转移至反应釜中进行水热反应，反应结束后，经离心、洗涤、干燥、得到管状二氧化锡纳米材料；

进一步地，步骤(1)中，锡盐与铜盐的摩尔比为1:1；所述静置陈化的条件为10～75℃静置陈化0.2～10h，优选为20～45℃静置陈化1～5h。

步骤(1)中，所述强碱性指的是pH为12.6～14.0。

步骤(1)中，所述锡盐为五水合四氯化锡；所述铜盐为二水合氯化铜、五水合硫酸铜、三水合硝酸铜中的一种或多种，优选为二水合氯化铜。

步骤(2)中，纳米棒状羟基锡酸铜前驱物在酸性溶液中的浓度为0.5～20g/L，优选1～10g/L；所述酸性溶液为将乙酸、草酸、盐酸、硝酸、硫酸或磷酸中的一种或多种溶解在去离子水中所得的溶液。