二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法及应用，该方法包括:将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料；将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料；将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，最后得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料，经过简单的裁剪和压制即成可直接用于电池组装的电极材料，免去了导电剂和粘合剂的加入和传统涂浆法制备电极的繁琐步骤，从而改进了电池组装技术的同时还降低了锂或钠离子电池的成本。

Preparation and Application of Tin Dioxide/Carbon Flexible Self-supporting Composites

The invention discloses a preparation method and application of a two tin oxide / carbon flexible self supporting composite material. The method comprises the following steps: obtaining a carbon flexible self supporting skeleton material by calcining melamine foam under high temperature for a certain time, and immersing the carbon flexible self supporting framework material and tin salt in a certain vacuum for a period of time and drying, and obtaining the tin salt / carbon flexible self supporting composite material. Tin salt/carbon flexible self-supporting composite material is calcined in protective gas condition, and finally tin dioxide/carbon flexible self-supporting composite material is obtained. After simple cutting and pressing, it can be directly used for battery assembly, which avoids the tedious steps of adding conductive agent and binder and traditional slurry method to prepare electrodes, thus improving battery assembly technology. The cost of lithium or sodium ion batteries is reduced.

【技术实现步骤摘要】
二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及到电池负极材料
，特别是涉及到一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
目前解决二氧化锡作为锂或钠离子电池负极循环稳定性差的主要方法包括：(1)制备纳米尺寸的二氧化锡材料，如二氧化锡纳米线、二氧化锡纳米球等，以减少其在循环过程中的体积膨胀同时缩短离子的扩散距离；(2)制备多孔二氧化锡材料，以缓冲其在充放电过程中的体积膨胀；(3)制备二氧化锡/碳复合材料，通过该方法一方面可以制备出纳米尺寸的二氧化锡缓解体积膨胀，另一方面通过碳包覆可以同时提高材料的导电性和缓冲体积膨胀，是目前最常用的解决二氧化锡材料循环稳定性差的有效途径。目前常用的碳材料包括葡萄糖、蔗糖、沥青等热解形成的碳、石墨烯和碳纳米管等。将二氧化锡与这些碳材料复合后作为活性材料，再加入粘结剂、导电剂和溶剂等制备成浆料，涂覆在集流体上，是目前常用制备电池极片的方法。但采用这种方法，活性材料在充放电过程中发生体积膨胀，会引起活性材料和导电剂、集流体等之间发生脱离而粉化，造成电池循环稳定性差的问题。而柔性自支撑电极在制备过程中不需要添加粘结剂和导电剂，而是直接将活性材料负载到导基质上，制备过程简单方便，同时较少了电极材料的死体积，增加了活性材料的表面积，增强了整个电极材料的导电性，避免了电极材料在充放电过程中粉化现象的发生，从而提高了活性物质利用率及电极的循环稳定性。目前常用的自支撑材料包括MOF/CNT、石墨烯海绵、CNTs与氧化石墨烯复合等碳材料，但这些材料的价格较高，不利于商业化成本。因此寻找廉价的自支撑碳材料与二氧化锡复合，是制备二氧化锡高性能锂或钠离子电池负极材料的有效措施之一。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的是将上述二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料应用在锂或钠离子电池。本专利技术提出一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，(1)将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料；(2)将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐水溶液按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料；(3)将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料。进一步地，所述步骤(1)的保护气体为氩气、氮气中的一种。进一步地，所述步骤(1)中的高温煅烧的温度为650-800℃，煅烧时间2-4h，升温速率5-10℃/min。进一步地，所述步骤(2)的锡盐类型包括氯化亚锡或硝酸亚锡中的一种。进一步地，所述步骤(2)的锡盐水溶液溶度为20-40wt％。进一步地，所述步骤(2)碳柔性自支撑骨架材料与锡盐水溶液中的锡盐的质量比为1:1-1:3。进一步地，所述步骤(2)的真空浸渍压力-0.050--0.095MPa，真空浸渍时间8-12h。进一步地，所述步骤(2)的干燥温度40-60℃，干燥时间10-12h。进一步地，步骤(3)的煅烧时间1-3h，煅烧温度700-900℃，升温速率5-10℃/min。本专利技术还提供了一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料在锂或钠离子电池中的应用，二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料作为锂或钠离子电池中的电极材料。与现有的制备技术相比，本专利技术具有如下的技术效果，该三聚氰胺泡沫经煅烧后形成的碳骨架，一方面与二氧化锡复合后提高材料的导电性，同时缓冲二氧化锡在充放电过程中体积膨胀，另一方面起到柔性支撑的作用。采用三聚氰胺泡沫煅烧形成碳骨架后再浸入锡盐后煅烧的工艺，可一步制成电极，无需采用导电剂、粘结剂、集流体等材料，避免了其在充放电过程中由于体积膨胀而造成的与导电剂、集流体失去接触而造成的电芯性能衰减，同时无需采用传统工艺的制浆、涂布等工艺，缩短工时，降低成本，有利于商业化生产。附图说明图1为本专利技术二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法流程图；图2为本专利技术二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的样品弯折照片；图3为本专利技术二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的扫描电镜图；图4为本专利技术二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料作为钠离子电池负极的循环容量图；图5为本专利技术二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料作为锂离子电池负极的循环容量图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合实施例对本
技术实现思路
进行说明。参照图1，本专利技术提出一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，S1、将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料；S2、将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐水溶液按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料；S3、将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料。如上述步骤S1中，将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料。例如，三聚氰胺泡沫是采用商业化生产的廉价产品，可以降低制作成本，高温煅烧后形成的碳柔性自支撑骨架材料作为基体，三聚氰胺泡沫经煅烧后形成的碳，因碳内部阻抗小，所以可以提高材料的导电性。如上述步骤S2中，将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐水溶液按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料。例如，碳柔性自支撑骨架材料放置在锡盐水溶液中，会与锡盐水溶液发生反应，得到该锡盐/碳柔性自支撑复合材料，此过程操作简单，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料内部阻抗小，有利于电芯性能发挥。如上述步骤S3中，将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料。例如，煅烧后的二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料可以直接用纽扣电池冲片机冲成直径14mm的原片，以该原片作为电池的负极，无需采用导电剂、粘结剂和集流体等材料，一方面避免了二氧化锡在充放电过程中由于体积膨胀而造成的与导电剂、集流体之间失去联系，另一方面无需采用传统的制浆、涂布等工艺，缩短了工时，降低了成本，有利于商业化生产。在本实施例中，该三聚氰胺泡沫经煅烧后形成的碳骨架，一方面与二氧化锡复合后提高材料的导电性，同时缓冲二氧化锡在充放电过程中体积膨胀，另一方面起到柔性支撑的作用。进一步地，步骤(1)的保护气体为氩气、氮气中的一种。例如，保护气体为氮气或氩气，其作用是为了防止三聚氰胺泡沫在高温作用下与其他空气成分产生化学反应，得不到碳柔性自支撑骨架材料来作为基体，影响材料的自支撑性。进一步地，步骤(1)中的高温煅烧的温度为650-800℃，煅烧时间2-4h，升温速率5-10℃/min。例如，煅烧温度在650℃以上时，三聚氰胺的氮元素可以完全挥发出去，只留下碳元素，碳的内部阻抗小，只留下碳元素可以提高与二氧化锡复合后材料的导电性；而煅烧温度在800℃以上时，碳柔性自支撑骨架材料中的碳会慢慢分解掉，则温度在800℃之上则煅烧后制备的产品不符合规格。进一步地，步骤(2)的锡盐类型包括氯化亚锡或硝酸亚锡中的一种。此锡盐类型易溶于水，容易经过化学反应得到二氧化锡。进一步地，步骤(2)的锡盐水溶液溶度为20-40wt％。进一步地，步骤(2)碳柔性自支撑骨架材料与锡盐水溶液中的锡盐的质量比为1:1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：(1)将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料；(2)将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐水溶液按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料；(3)将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：(1)将三聚氰胺泡沫在保护气体下高温煅烧一定时间得到碳柔性自支撑骨架材料；(2)将碳柔性自支撑骨架材料和锡盐水溶液按一定比例真空浸渍一段时间后干燥，得到锡盐/碳柔性自支撑复合材料；(3)将锡盐/碳柔性自支撑复合材料在保护气体条件中煅烧，得到二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料。2.根据权利要求1所述的二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的保护气体为氩气、氮气中的一种。3.根据权利要求1所述的二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的高温煅烧的温度为650-800℃，煅烧时间2-4h，升温速率5-10℃/min。4.根据权利要求1所述的二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的锡盐类型包括氯化亚锡或硝酸亚锡中的一种。5.根据权利要求1所述的二氧化锡/碳柔性自支撑复合材料的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈媛媛，褚春波，张耀，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44