一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤六，将得到的固体粉末放入管式炉中高温煅烧2‑4小时，得到均匀分散的C纳米微球；步骤七，取一定量的碳纳米微球分散到乙醇溶液中大功率超声处理30‑60min；以及步骤八至步骤十。采用本发明专利技术所揭示的方法，能够制备形貌结构可控的C@SnS2纳米复合材料，作为锂电池负极材料提升锂电池的电化学性能。

Preparation of a Peony Flower-like C@SnS2 Lithium Battery Anode Material

The invention discloses a preparation method of peony flower-like C@SnS2 lithium battery anode material, which includes the following steps: step 6, calcining the obtained solid powder in a tubular furnace at high temperature for 2 to 4 hours to obtain uniformly dispersed C nanospheres; step 7, dispersing a certain amount of carbon nanospheres into ethanol solution for 30 to 60 minutes by high-power ultrasonic treatment; and step 8 to step 10. The method disclosed by the present invention can prepare C@SnS2 nanocomposites with controllable morphology and structure to improve the electrochemical performance of lithium batteries as anode materials of lithium batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备领域。更具体地说，涉及一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法。
技术介绍
目前商业化的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但石墨负极材料有一些难以克服的弱点，主要是因为石墨储存一个锂离子需要六个碳原子，因此石墨的理论储锂容量仅为372mAhg-1，极大地限制了锂离子电池能量密度进一步的提高，单纯通过改进电池制备工艺来提高电池性能已难以取得突破性进展。Sn、SnO2和SnS2等Sn基化合物的可逆理论容量为700-1000，目前成为锂离子电池负极材的研宄热点。SnS2作为典型的层状CdI2型晶体结构半导体，具有宽的带隙和较高的理论比容量，是一类有潜力的新一代锂离子电池负极材料，SnS2作为负极材料的实质嵌锂部分都是其中的Sn与Li形成合金Li4.4Sn，然而，金锡在与锂形成合金的过程中产生大的体积膨胀约200％，如此大体积变化易于导致电极材料的粉化和集流体的剥落，循环性能比较差。纳米化能有效缓解体积膨胀，但是纳米化在一定程度上会引起材料制备过程中的团聚现象，因而需要探索一种新的制备SnS2复合材料的方法，使其作为锂电池负极材料具有良好的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，该方法制备的锂电池负极材料能够控制锡基材料的形貌和结构，将锂电池负极材料纳米化，从而减小C@SNS2材料在充放电过程中的体积变化，提高锂电池的循环性能。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，取250ml三口烧瓶清洗干净，依次加入碳酸氢钠NaHCO3、聚乙烯吡咯烷酮PVP和去离子水充分搅拌均匀；步骤二，将三口烧瓶置于恒温水浴中通入氮气10-30min，确保反应体系中氧气被排除；步骤三，继续保持通入氮气后加入苯乙烯St搅拌均匀并升高水浴温度；步骤四，水浴温度升高到设定温度并稳定后加入一定量的偶氮二异丁基脒盐酸盐AIBA保持恒温恒速的搅拌，反应持续12-24小时；步骤五，反应结束后，待冷却至室温离心分离并烘干得到固体粉末；步骤六，将得到的固体粉末放入管式炉中高温煅烧2-4小时，得到均匀分散的C纳米微球；步骤七，取一定量的碳纳米微球分散到乙醇溶液中大功率超声处理30-60min；步骤八，将一定比例的五水氯化锡SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺TAA分散到乙醇溶液中，随后加入到步骤七中碳纳米微球乙醇溶液中磁搅拌处理1-2h；步骤九，混合溶液转入到反应釜中反应；步骤十：待反应完成，将样品进行反复离心分离、洗涤，即得到牡丹花状硫化锡包碳C@SnS2纳米复合材料。进一步地，所述步骤一中，依次加入的NaHCO3的质量为0.05-0.2g，PVP的质量为0.5-2g，去离子水为100ml。进一步地，所述步骤三中，所述St的用量为2-15ml。进一步地，所述步骤四中，所述设定温度为60-90℃，所述AIBA的质量为0.1-0.45g，所述恒速为300-600rpm/min。进一步地，所述步骤六中，所述高温煅烧的温度为350-500℃。进一步地，所述步骤七中，所述碳纳米微球的用量与所述SnCl4·5H2O的用量的质量比为1:1-1:2，所述乙醇溶液的用量为20-50ml。进一步地，所述步骤八中，所述SnCl4·5H2O与TAA的摩尔比为1:2。进一步地，所述步骤九中，所述混合溶液转入至所述反应釜中在150-170℃的温度下维持6-12小时。本专利技术的技术方案，采用特殊方法制备获得了C@SnS2锂电池负极材料，其中碳微球颗粒分散，粒径均匀，避免了所制备的C@SnS2材料形成的复合微球的团聚；C@SnS2材料的形貌可控，SnS2纳米片更大且更分散地组装在C核的表面，有利于锂离子的传输，提高了整体结构的稳定性，有效地缓解了充放电循环过程中的体积膨胀。附图说明图1是本专利技术所述方法其中一实施例中制备得到的一个牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图；图2是本专利技术所述方法其中一实施例中制备得到的多个牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图；图3是本专利技术所述方法又一实施例中制备得到的多个牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图；图4是本专利技术所述方法又一实施例中制备得到的牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图。具体实施例及实施方式以下请参考附图对本专利技术的技术方案作进一步地了解：实施例一图1-2涉及本专利技术所述方法的第一实施例，该具体实施例揭示了一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，取250ml三口烧瓶清洗干净，依次加入碳酸氢钠NaHCO3、聚乙烯吡咯烷酮PVP和去离子水充分搅拌均匀；步骤二，将三口烧瓶置于恒温水浴中通入氮气10-30min，确保反应体系中氧气被排除；步骤三，继续保持通入氮气后加入苯乙烯St搅拌均匀并升高水浴温度；步骤四，水浴温度升高到设定温度并稳定后加入一定量的偶氮二异丁基脒盐酸盐AIBA保持恒温恒速的搅拌，反应持续12-24小时；步骤五，反应结束后，待冷却至室温离心分离并烘干得到固体粉末；步骤六，将得到的固体粉末放入管式炉中高温煅烧2-4小时，得到均匀分散的C纳米微球；步骤七，取一定量的碳纳米微球分散到乙醇溶液中大功率超声处理30-60min；步骤八，将一定比例的五水氯化锡SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺TAA分散到乙醇溶液中，随后加入到步骤七中碳纳米微球乙醇溶液中磁搅拌处理1-2h；步骤九，混合溶液转入到反应釜中反应；步骤十：待反应完成，将样品进行反复离心分离、洗涤，即得到牡丹花状硫化锡包碳C@SnS2纳米复合材料。采用该实施例中的方法，能够制备获得牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料构成的复合微球，该复合微球以碳(C)纳米微球为核，SnS2为核外的锡基壳层，形成了具有特殊形貌(牡丹花状)的C@SnS2材料，可以作为锂电池的负极材料，以提升锂电池循环性能。其中，锡基SnS2纳米片更大且更分散地组装在C核的表面，有利于锂离子的传输，提高了整体结构的稳定性，有效地缓解了充放电循环过程中的体积膨胀；同时，该实施例中制备获得的C@SnS2材料的C纳米微球的颗粒更加分散，粒径均匀，避免了所制备的C@SnS2材料形成的复合微球的团聚，从而保证了充放电效果。如图1和图2所示的，是本专利技术所述方法的其中一实施例制备获得的牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图。其中图1中为单个牡丹花状C@SnS2复合微球的扫描电子显微镜图，其尺寸在800nm左右，有大量花片状的SnS2片组成，SnS2片构成牡丹花C@SnS2的花瓣，且SnS2片厚度约为20nm左右，其形貌结构和牡丹花极为相像，其外层花片更大；而图2中为多个牡丹花状C@SnS2复合微球随机分散地排列在一起所拍摄到的扫描电子显微镜图。图2可以看出，制备得到的牡丹花状C@SnS2复合微球尺寸均一，分散性良好；在本专利技术所述方法其中一实施例中，所述步骤一中，依次加入的NaHCO3的质量为0.05-0.2g，PVP的质量为0.5-2g，去离子水为100ml。优选地，在取250ml三口烧瓶清洗干净，依次加入碳酸氢钠NaHCO3、聚乙烯吡咯烷酮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，取250ml三口烧瓶清洗干净，依次加入碳酸氢钠NaHCO3、聚乙烯吡咯烷酮PVP和去离子水充分搅拌均匀；步骤二，将三口烧瓶置于恒温水浴中通入氮气10‑30min，确保反应体系中氧气被排除；步骤三，继续保持通入氮气后加入苯乙烯St搅拌均匀并升高水浴温度；步骤四，水浴温度升高到设定温度并稳定后加入一定量的偶氮二异丁基脒盐酸盐AIBA保持恒温恒速的搅拌，反应持续12‑24小时；步骤五，反应结束后，待冷却至室温离心分离并烘干得到固体粉末；步骤六，将得到的固体粉末放入管式炉中高温煅烧2‑4小时，得到均匀分散的C纳米微球；步骤七，取一定量的碳纳米微球分散到乙醇溶液中大功率超声处理30‑60min；步骤八，将一定比例的五水氯化锡SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺TAA分散到乙醇溶液中，随后加入到步骤七中碳纳米微球乙醇溶液中磁搅拌处理1‑2h；步骤九，混合溶液转入到反应釜中反应；步骤十：待反应完成，将样品进行反复离心分离、洗涤，即得到牡丹花状硫化锡包碳C@SnS2纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种牡丹花状C@SnS2锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，取250ml三口烧瓶清洗干净，依次加入碳酸氢钠NaHCO3、聚乙烯吡咯烷酮PVP和去离子水充分搅拌均匀；步骤二，将三口烧瓶置于恒温水浴中通入氮气10-30min，确保反应体系中氧气被排除；步骤三，继续保持通入氮气后加入苯乙烯St搅拌均匀并升高水浴温度；步骤四，水浴温度升高到设定温度并稳定后加入一定量的偶氮二异丁基脒盐酸盐AIBA保持恒温恒速的搅拌，反应持续12-24小时；步骤五，反应结束后，待冷却至室温离心分离并烘干得到固体粉末；步骤六，将得到的固体粉末放入管式炉中高温煅烧2-4小时，得到均匀分散的C纳米微球；步骤七，取一定量的碳纳米微球分散到乙醇溶液中大功率超声处理30-60min；步骤八，将一定比例的五水氯化锡SnCl4·5H2O和硫代乙酰胺TAA分散到乙醇溶液中，随后加入到步骤七中碳纳米微球乙醇溶液中磁搅拌处理1-2h；步骤九，混合溶液转入到反应釜中反应；步骤十：待反应完成，将样品进行反复离心分离、洗涤，即得到牡丹花状硫化锡包...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，李小云，刘爱萍，吴小平，叶方敏，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33