[发明专利]一种尺寸均匀的锡/氧化锰/碳三元复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及尺寸均匀的锡/氧化锰/碳三元复合材料的制备以及其在锂离子电池负极中的应用，该方法首先通过溶剂热法利用有机配体合成锡锰双金属前驱体，然后在Tris‑HCL溶液中将锡锰双金属前驱体与盐酸多巴胺混合进行碳包覆，最后在还原气氛下煅烧得到锡/氧化锰/碳三元复合材料。该发明提供的锡/氧化锰/碳三元中空复合物制备过程简单，区别于传统的液相共沉淀法，溶剂热过程中利用有机配体合成前驱体条件可控，最终所获得的三元复合材料尺寸均匀，颗粒大小约为150纳米，同时作为锂离子电池负极材料具备优秀的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种制备具备尺寸均匀核壳结构的锡单质/金属氧化物/碳复合材料以提高电极材料循环稳定性的方法。

背景技术

随着工业化进程的不断推进和信息化时代的全面爆发，当今社会对于能源的需求越来越迫切。受制于化石燃料的有限储备和对环境的污染，各国研究者对于各类新能源的研究和利用层出不穷。基于化学能和电能转换储存的电化学能源技术，其能源利用方式不会受到时间和空间的限制，且能量密度高、使用寿命长、安全可靠。这其中锂离子电池具有开路电压高、循环性能好、能量密度高、环境友好等诸多优点，其商业化应用推动了便携式设备和电动汽车的快速发展。为了进一步满足电动汽车和便携式电子设备对高性能锂离子电池的迫切需求，在保持低成本的同时，提高其容量和循环稳定性已迫在眉睫。

由于锡具有994mAh•g-1的高理论容量以及工作电位低、价格低廉等优点，被认为是一种潜在的未来负极材料。尽管如此，在Li+插入/提取过程中的体积变化仍阻碍着锡的应用，这会导致活性物质严重粉碎和结构破坏以及形成不稳定的固体电解质中间相(SEI)，从而造成循环稳定性差。在纳米尺寸下，锡纳米颗粒易发生团聚，导致其容量衰减迅速，阻碍了锡材料在锂离子电池负极领域的实际应用。最近一些研究证明，由于Sn和活性金属氧化物AMOs可以在不同电压范围内与Li反应，通过引入AMOs成分不仅可以缓冲循环过程中体积变化，也可以充分保证活性材料在整个电极材料的质量比，保证足够高的可逆容量。

因此非常有必要开发一种锡基材料与AMOs复合材料均匀分布的制备方法。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种尺寸均匀的锡/氧化锰/碳三元复合材料的制备方法。通过溶剂热法利用有机配体合成锡/锰双金属前驱体，然后在Tris-HCl缓冲溶液中进行盐酸多巴胺包覆，经高温还原后得到具有核壳结构的锡/氧化锰/碳三元复合材料。

本发明提供了一种尺寸均匀的锡/氧化锰/碳三元复合材料的制备方法。通过溶剂热法利用有机配体合成锡锰双金属前驱体，转化为尺寸均匀的锡/氧化锰/碳三元复合材料，其特征在于：以下几个步骤：

（1）按照化学计量比称取锡金属盐（五水合四氯化锡、三水合锡酸钠、三水合锡酸钾中的一种）、锰金属盐（四水合氯化锰、四水合乙酸锰或一水合硫酸锰中的一种）、有机配体（2-甲基咪唑）、螯合剂（乙二胺四乙酸盐、柠檬酸钠中的一种）等作为合成原料，在去离子水和乙醇混合溶液中溶解，加入一定量的碱（氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种）溶液充分搅拌混合；

（2）将充分混合的溶液移入聚四氟乙烯内衬中，放入不锈钢套中密封，在 120-200℃烘箱中保温6-24 h，自然冷却至室温后将得到的沉淀物质洗涤离心得到锡/锰双金属前驱体；

（3）在Tris-HCl溶液中将前驱体与盐酸多巴胺按4:1-1:4的质量比混合；

（4）将混合物放入刚玉坩埚中，然后在含5-10%氢气的氢氮混合气中进行500-700°C煅烧，并保温3-8h。得到锡/氧化锰/碳三元复合材料。

附图说明

图1：本发明实施例1锡/氧化锰/碳三元复合材料的XRD图。

图2：本发明实施例1锡/氧化锰/碳三元复合材料的SEM图。