[发明专利]一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料及制备方法

说明书

本发明属于无机/碳复合材料合成技术领域，涉及一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料及制备方法。所述复合材料是由外壳包覆若干内核形成类石榴状的三维纳米球结构，内核之间与外壳和内核之间有空隙，所述外壳为氮掺杂碳，所述内核为锡镍合金。制备方法包括如下步骤：采用水热法将二价镍盐、四价锡盐和碱进行共沉淀合成纳米球；利用多巴胺的自聚合反应在纳米球表面包覆聚多巴胺获得前驱体；在惰性及还原的混合气氛下，将前驱体进行退火处理，退火处理过程中进行热解及还原，即得。以本发明提供的复合材料作为锂/钠离子电池负极材料，制备的锂/钠离子电池具备优异的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于无机/碳复合材料合成技术领域，涉及一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料及制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锡基材料虽然具有较高的比容量，但是存在离子嵌入/脱出时体积膨胀大和电极易粉化的缺陷，导致电化学稳定性和倍率性能差。据发明人研究了解，为了解决锡基材料在电化学过程中体积变化的问题，可以与碳材料复合，能够提高电极电导率并且能够稳定电极结构，减少电极的粉化和脱落，如专利号CN 112510177 A制备了Sn/C复合材料，但其复合电极材料堆叠，首次库仑效率仅有57％，性能较差。通过与其他金属元素或其他金属氧化物复合，引入这部分非活性金属，可以在一定程度上缓解体积膨胀，保证电极结构的稳定性，有利于电极的长循环稳定性。如CN 109378462 B制备了Co₃Sn₂/SnO₂复合材料，相对于单一材料，其容量有较大提升，但其稳定性不能满足锂离子电池的需求，且其制备工艺复杂，合成困难。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料及制备方法，以本发明提供的复合材料作为锂/钠离子电池负极材料，制备的锂/钠离子电池具备优异的循环稳定性和倍率性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料，所述复合材料是由外壳包覆若干内核形成类石榴状的三维纳米球结构，内核之间与外壳和内核之间有空隙，所述外壳为氮掺杂碳，所述内核为锡镍合金。

与传统的单一锡基电极材料相比，Sn-Ni双金属合金负极材料由于非活性金属Ni的引入，作为“缓冲体”的金属Ni能够缓冲离子嵌入/脱出时的体积变化，遏制了结构坍塌，稳定了电极结构，双金属之间的协同作用，使金属合金的活性提高，更有利于电化学反应。另外，设计构筑类石榴状的多核-壳结构合金纳米复合材料，多核合金颗粒之间及多核-壳之间较大的空隙能够有效的缓冲和适应体积变化，同时提供快速的离子和电子传输通道，纳米材料增大了比表面积，提供了丰富的反应位点。此外，氮掺杂碳的包覆，缓解体积膨胀的同时减少电极材料的自聚集，杂原子氮的掺杂在一定程度上提高了电导率，有利于电荷转移并提供一定的容量。因此，本发明所制备的纳米复合材料综合了上述优势并且加快了锂/钠离子电池的反应动力学，表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

另一方面，一种类石榴状氮掺杂碳包覆锡镍合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：

采用水热法将二价镍盐、四价锡盐和碱进行共沉淀合成NiSn(OH)₆纳米球；利用多巴胺的自聚合反应在NiSn(OH)₆纳米球表面包覆聚多巴胺获得NiSn(OH)₆@PDA纳米球前驱体；

在惰性及还原的混合气氛下，将NiSn(OH)₆@PDA纳米球前驱体进行退火处理，退火处理过程中进行热解及还原，即得。