[发明专利]一种用作锂离子电池负极材料的锡/锡化钴@碳中空纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用作锂离子电池负极材料的锡/锡化钴@碳中空纳米管及其制备方法，是以含Snsupgt;2+/supgt;和聚乙烯吡咯烷酮的纤维薄膜为模版，首先氧化获得SnOsubgt;2/subgt;@C中空纳米管，然后包覆一层提供碳源和氮源的多巴胺，再包覆一层ZIF‑67纳米片，最后依次进行还原和氧化，即获得目标产物Sn/CoSnsubgt;x/subgt;@C中空纳米管。本发明的制备方法具有操作简单、成本低廉、重复性好、产物结构均匀的优点，且所得产物具有较大的比表面积、优异的循环稳定性和出色的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种用作锂离子电池负极材料的Sn/CoSn_x@C中空纳米管及其制备方法，属于电化学电源领域。

背景技术

化石燃料的枯竭和污染问题正逐渐迫使人们寻找新的清洁高效的能源，例如风能、太阳能等，因此，迫切需要一种设备来存储来自可再生发电厂的能量。锂离子电池(LIBs)由于其能量密度高、输出电压大、循环性能好和环境友好的特点，已成为最重要的储能设备，在可预见的不久的将来仍将发挥主导作用。石墨是锂离子电池常用的负极材料，但是石墨负极理论容量低(372mAh g^-1)、倍率能力不足、镀锂风险高等严重限制了锂离子电池的进一步发展。在这方面，也做了许多努力来开发具有更高比容量和更好的循环性能的锂离子负极材料。锡基材料由于高的比容量(994mAh g^-1)被认为是可替代石墨的负极材料。但是由于形成了合金化的Li_xSn(0x≤4.4)，在锂化/脱锂过程中会发生巨大的体积变化，会导致结构坍塌、容量降低、循环性能差。目前已经有很多策略解决上述问题，一种方法是合成中空多孔结构的SnO₂，中空结构可以利用活性位点进行锂离子存储，多孔结构为锂离子与内部物质接触提供了短距离通道，减少了离子扩散路径，增强了反应动力学，缓解其体积膨胀。

综上所述，需要找到一种简单高效的制备方法，以合成具有特殊结构的纳米材料，并确保该材料具有较大的比表面积和优异的循环性能，以满足其作为锂离子电池负极材料在电化学领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供用作锂离子电池负极材料的Sn/CoSn_x@C中空纳米管及其制备方法，所要解决的技术问题是使该制备方法具有操作简单、成本低廉、重复性好的优点，同时使所得产物具有较大的比表面积、优异的循环稳定性和出色的电化学性能。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

一种用作锂离子电池负极材料的Sn/CoSn_x@C中空纳米管的制备方法，其特点在于：以含Sn²⁺和聚乙烯吡咯烷酮的纤维薄膜为模版，首先氧化获得SnO₂@C中空纳米管，然后包覆一层提供碳源和氮源的多巴胺，再包覆一层ZIF-67纳米片，最后依次进行还原和氧化，即获得目标产物Sn/CoSn_x@C中空纳米管。具体包括如下步骤：

步骤1、将1.2～1.3g聚乙烯吡咯烷酮加入到4～5mL N,N-二甲基甲酰胺中，获得溶液A；将0.3～0.4g二水合氯化亚锡加入到6～7mL乙醇中，获得溶液B；将溶液B倒入溶液A中并磁力搅拌均匀，获得静电纺丝溶液，然后通过静电纺丝技术，利用铜网收集含Sn²⁺和聚乙烯吡咯烷酮的纳米纤维，剥离得到含Sn²⁺和聚乙烯吡咯烷酮的纤维薄膜。

步骤2、将含Sn²⁺和聚乙烯吡咯烷酮的纤维薄膜在马弗炉中空气气氛下氧化，得到SnO₂@C中空纳米管；在本步骤中，聚乙烯吡咯烷酮被分解为碳，碳和氧气反应生成了二氧化碳，然后二氧化碳和锡反应生成了二氧化锡和碳，此时的纺丝纤维变成了SnO₂@C中空纳米管。