[发明专利]一种ZnSnO3

说明书

本发明涉及锂电材料技术领域，具体涉及一种ZnSnO₃/NC复合材料的制备方法及其应用。本发明以吡咯为碳源，与ZnSnO₃采用原位聚合的方法得到ZnSnO₃/聚吡咯前驱体，然后通过高温碳化得到结构均一、包覆式结构的ZnSnO₃/NC复合材料。本发明制备得到的ZnSnO₃/NC复合材料制成电极，进一步组装成锂离子电池，其循环稳定性好，在0.1A·g^‑1电流密度下循环500周后的容量约为1040mAh·g^‑1。

技术领域

本发明涉及锂电材料技术领域，具体涉及一种ZnSnO₃/NC复合材料的制备方法及其在锂离子电池电极材料中的应用。

背景技术

由于电动汽车行业的蓬勃发展，开发高能量密度和功率密度的动力锂离子电池是电池行业研发的热点。SnO₂基复合氧化物材料具有比容量高、功率密度大的优点，被认为是锂离子电池极具潜力的负极材料。其中，钙钛矿型半导体 ZnSnO₃因其较高的理论容量(1317mAh g^-1)、工作电位宽、形态多样性以及在土壤中的丰度而被认为是最具潜力的下一代高能量密度负极材料之一。更重要的是，作为一种双金属氧化物，ZnSnO₃比单一金属ZnO和SnO₂更具优势，如工作电位宽，电导率高。特别是ZnO结构稳定(体积变化的103％)，可以从结构上缓冲 SnO₂的巨大体积变化(250％)。在充放电过程中，ZnSnO₃的体积膨胀率显著下降至191％，仍不能满足实际应用的需求。

为了改善上述锂离子电池负极材料的电化学性能，研究者提出了一些改进措施。碳材料被广泛应用于提高导电性和缓解体积膨胀的作用，从而提高ZnSnO₃的循环稳定性。传统的方法就是包覆碳材料，如柠檬酸、葡萄糖等作为碳源，但是该系列材料存在包覆度不够，可控性不高，容易脱落粉化等缺陷。改善碳质材料电化学性能的一种有效方法是对碳质材料进行氮掺杂。

氮掺杂可以提高碳材料的表面极性、增强碳材料的电子传输特性及化学反应活性，从而加速金属离子扩散和转移的动力学，这有助于金属离子的嵌入和脱出。此外，氮掺杂碳产生的结构缺陷在不影响材料导电性的前提下能将惰性的类石墨碳层转变为电化学活性物质，这对于提高材料的可逆比容量并改善材料的倍率性能是有利的。一些氮掺杂碳质材料在钠离子电池负极中已得到研究，如氮掺杂碳纳米纤维、氮掺杂碳片、氮掺杂碳球、氮掺杂介孔碳、氮掺杂碳纳米管、氮掺杂石墨烯。然而ZnSnO₃电极材料的导电性和电化学性能仍有待进一步地提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种ZnSnO₃/NC 复合材料的制备方法，其通过原位聚合的方法实现聚合物与ZnSnO₃分子水平上的均匀性，然后通过高温碳化得到形貌均一的ZnSnO₃/NC复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种ZnSnO₃/NC复合材料的制备方法，以吡咯为碳源，与ZnSnO₃采用原位聚合的方法得到ZnSnO₃/聚吡咯前驱体，然后通过高温碳化得到ZnSnO₃/NC复合材料；所述制备方法包括如下步骤：

S0、制备ZnSnO₃：将锡源和锌源按摩尔比1:1在冰浴条件下加入 0.1-1mol/LNaOH溶液中超声搅拌10-15h，得到沉淀，将所得沉淀依次经过无水乙醇、去离子水洗涤至少三次后冷冻干燥得到粉末；将所得粉末置于氮气保护条件下，以0.5～5℃/min的升温速率升到600～800℃煅烧1～5h，得到淡黄色ZnSnO₃粉末；