一种高电学性能二氧化锡纳米管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高电学性能二氧化锡纳米管及其制备方法，所述方法包括：1）配制含有二氧化硅纳米管和/或二氧化钛纳米管、醇溶液、锡盐以及尿素的第一混合液；2）将第一混合液置于水热反应釜中反应；3）将反应完毕的第一混合液进行离心分离得到第一沉降物；4）将第一沉降物煅烧；5）将煅烧过的第一沉降物置于强碱溶液中得到第二混合液；6）将第二混合液进行离心分离得到第二沉降物，将第二沉降物清洗完毕、干燥，即得所述高电学性能二氧化锡纳米管。

【技术实现步骤摘要】
一种高电学性能二氧化锡纳米管及其制备方法
本专利技术属于纳米功能材料领域，具体涉及一种高电学性能二氧化锡纳米管及其制备方法。
技术介绍
新型高能化电源技术的快速发展，对锂离子电池电极材料提出了更高的要求。具有高能量密度、高功率密度、良好的充放电循环特性的锂离子电池电极材料是科学家们目前研究的重点。目前，碳材料(石墨烯、无定形碳等)是商业化的锂离子电池的主要负极材料。但是碳材料的储锂能力较低(石墨烯理论容量372mAh/g)，限制了锂离子电池容量的进一步提高。二氧化锡(SnO2)作为锂离子电池的负极材料，其理论容量为790mAh/g，远大于石墨烯的理论容量。因此，SnO2被认为是目前最具商业化前景的锂离子负极材料之一。然而由于在充放电过程中巨大的体积变化，会导致二氧化锡电极材料的粉化，由于活性物质与集流片的分离，其容量会急剧下降，电池循环性能也变差；另外，二氧化锡电极材料的首次充放电效率很低，这些都限制了其作为锂离子电池负极材料的商业化应用。目前，提高SnO2锂离子电池负极材料的方法有一般三种，一种是制备SnO2和其它材料的复合材料，如C(CrystEngComm,2014,16,517)(30次后电池比容量衰减为515mAh/g)，Fe2O3(AdvancedFunctionalMaterial,2011,21,385)(30次后电池比容量衰减为200mAh/g)等。这种制备方法，制备步骤繁琐，条件苛刻，但是无论是对SnO2的电池容量或是循环效率，其性能提高都很有限，不能达到工业化应用的水平；另一种方法是通过制备纳米级的SnO2，目前制备SnO2的方法大都集中在水热法制备，需要加入L-赖氨酸(专利号：200910084901.2)、N-甲基咪唑(Nanoscale,2013,5,3262)(首次充放电比容量为1898和1241mAh/g，60次后电池比容量衰减为718mAh/g)等封端剂，制备纳米级尺寸的SnO2材料。还有一种方法是制备SnO2空心结构(small2010,6,296)，尽管比表面积增大了，但是其循环30次后电池比容量就衰减为只有351mAh/g。可以看出，SnO2空心管具有大的比表面积和空腔，对于提高其电池循环性能和电池容量有一定的作用，但是其电池循环性能和电池容量仍不能满足工业化应用需求。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有SnO2纳米材料在作为电池负极材料方面的性能缺陷，本专利技术提供了一种高电学性能二氧化锡纳米管及其制备方法。本专利技术提供了一种高电学性能二氧化锡纳米管的制备方法，所述方法包括：1)配制含有二氧化硅纳米管和/或二氧化钛纳米管、醇溶液、锡盐以及尿素的第一混合液，其中，二氧化硅纳米管/和或二氧化钛纳米管、锡盐以及尿素三种物质，质量比为1：(1-3)：(10-25)，纳米管在第一混合液中的浓度为0.5—2g/L；2)将步骤1)制备的第一混合液置于水热反应釜中，在140-240℃下反应0.5-12小时；3)将步骤2)中反应完毕的第一混合液进行离心分离得到第一沉降物，并清洗所得第一沉降物；4)将步骤3)得到第一沉降物，在300-800℃煅烧1-12小时；5)将步骤4)中煅烧过的第一沉降物置于强碱溶液中得到第二混合液，其中，强碱的浓度为0.1—2mol/L，第一沉降物的浓度为3-8g/L；6)将步骤5)制备的第二混合液进行离心分离得到第二沉降物，将第二沉降物清洗完毕、干燥，即得所述高电学性能二氧化锡纳米管。较佳地，步骤1)中，步骤1)中，二氧化硅纳米管/和或二氧化钛纳米管、锡盐以及尿素的质量比为1：(1.5-2.5)：(14-22.5)。较佳地，步骤1)中，醇为乙醇、正丙醇、异丙醇和/或正丁醇。较佳地，步骤1)中，所述锡盐为锡酸钾、锡酸钠、四氯化锡、结晶四氯化锡、二氯化锡和/或二水二氯化锡。较佳地，步骤2)中，反应温度为160-200℃，反应时间为0.5-4小时。较佳地，步骤4)中，煅烧温度400-600℃，煅烧时间为2-8小时。又，本专利技术提供了一种上述方法制备的高电学性能二氧化锡纳米管，所述二氧化锡纳米管的直径60-500nm，内径100—1000nm，长度5—40um，比表面积为20—200m2g-1。较佳地，将所述高电学性能二氧化锡纳米管作为锂离子电池的负极材料制成的锂离子电池在电流密度为160mA/g时，经过50次循环后，充、放电比容量仍保持高于820mAh/g；在电流密度为800mA/g时，经过50次循环后，充、放电比容量高于470mAh/g；在电流密度为1600mA/g时，经过70次循环后，充、放电比容量高于440mAh/g；在电流密度为3200mA/g时，经过80次循环后，充、放电比容量高于410mAh/g。本专利技术的有益效果：相对于现有制备SnO2空心管(纳米管)状材料的制备技术，本专利技术具有以下优势：1)制备方法简单、易行，方法重复性高，产品批次性好。适合大量生产；2)本专利技术制备的SnO2空心管在140～240℃水热0.5～12小时制备后，只需要在400～700℃低温下煅烧1～12h，耗能极低，降低了工业化成本；3)采用本专利技术制备的SnO2空心管材料作为电池的负极材料制备电池，其电池性能非常优越。首次充、放电比容量能够达到924.1和2045.6mAh/g，充放电循环性能好：电流密度为160mA/g时，经过200次循环后，充、放电比容量仍保持有580.7和585.8mAh/g，倍率性充放电循环性能好；当电流密度为800mA/g(1C)时，经过52次循环后，充、放电比容量仍保持有474.3和475.7mAh/g；电流密度为1600mA/g(2C)时，经过73次循环后，充、放电比容量仍保持有444.6和445.1mAh/g；电流密度为3200mA/g(4C)时，经过81次循环后，充、放电比容量为411.4和411.4mAh/g。附图说明图1示出了本专利技术的一个实施方式中制备的SnO2空心管(纳米管)的扫描电镜照片；图2示出了本专利技术的一个实施方式中制备的SnO2空心管的透射电镜照片；图3示出了本专利技术的一个实施方式中制备的SnO2量子点的XRD图谱；图4示出了本专利技术的一个实施方式中制备的二氧化锡空心管作为锂离子电池负极材料制备的锂离子电池的充放电循环曲线图；图5示出了本专利技术的一个实施方式中制备的二氧化锡空心管作为锂离子电池负极材料制备的锂离子电池的充放电倍率循环曲线图；图6示出了本专利技术的一个实施方式中制备的二氧化锡氮气吸附脱附图及其孔径分布图。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术公开了一种高电学性能二氧化锡空心管及其制备法。该SnO2空心管作为锂离子电极负极材料，制备的锂离子容量高，充放电循环性能好，例如采用本专利技术中制备的二氧化锡空心管制备的锂电池的性能参数为：电流密度为160mA/g时，经过50次循环后，充、放电比容量仍保持高于820mAh/g，倍率性充放电循环性能好；当电流密度为800mA/g(1C)时，经过50次循环后，充、放电比容量高于470mAh/g；电流密度为1600mA/g(2C)时，经过70次循环后，充、放电比容量高于440mAh/g；电流密度为3200mA/g(4C)时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电学性能二氧化锡纳米管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1）配制含有二氧化硅纳米管和/或二氧化钛纳米管、醇溶液、锡盐以及尿素的第一混合液，其中，二氧化硅纳米管/和或二氧化钛纳米管、锡盐以及尿素三种物质，质量比为1：（1‑3）：（10‑25），纳米管在第一混合液中的浓度为0.5—2g/L；2）将步骤1）制备的第一混合液置于水热反应釜中，在140‑240℃下反应0.5‑12小时；3）将步骤2）中反应完毕的第一混合液进行离心分离得到第一沉降物，并清洗所得第一沉降物；4）将步骤3）得到第一沉降物，在300‑800℃煅烧1‑12小时；5）将步骤4）中煅烧过的第一沉降物置于强碱溶液中得到第二混合液，其中，强碱的浓度为0.1—2mol/L，第一沉降物的浓度为3‑8 g/L；6）将步骤5）制备的第二混合液进行离心分离得到第二沉降物，将第二沉降物清洗完毕、干燥，即得所述高电学性能二氧化锡纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种高电学性能二氧化锡纳米管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1）配制含有二氧化硅纳米管、醇溶液、锡盐以及尿素的第一混合液，其中，二氧化硅纳米管、锡盐以及尿素三种物质，质量比为1：（1-3）：（10-25），纳米管在第一混合液中的浓度为0.5—2g/L，所述二氧化硅纳米管通过如下方法制备：a，制备浓度为2.0M的氯化钠甘油溶液，向100ml异丙醇溶液中加入0.5ml的氯化钠甘油溶液，在常温下反应5分钟；b，将一定量的正硅酸乙酯、氨水和水分两次全部加入步骤a溶液中，在室温下反应一共为8小时；c，向步骤b的溶液中滴加10ml的去离子水；d，将步骤c所得溶液离心分离，并用乙醇清洗，然后再次离心分离，如此重复数次；e，将步骤d所得粉体置于烘箱中分别在温度为100℃和300℃下干燥3小时，得二氧化硅纳米管；2）将步骤1）制备的第一混合液置于水热反应釜中，在140-240℃下反应0.5-12小时；3）将步骤2）中反应完毕的第一混合液进行离心分离得到第一沉降物，并清洗所得第一沉降物；4）将步骤3）得到第一沉降物，在300-800℃煅烧1-12小时；5）将步骤4）中煅烧过的第一沉降物置于强碱溶液中得到第二混合液，其中，强碱的浓度为0.1—2mol/L，第一沉降物的浓度为3-8g/L；6）将步骤5）制备的第二混合液进行离心分离得到第二沉降物，将第二沉降物清洗完毕、干燥，即得所述高电学性能二氧化锡纳米管，将所述高电学性能二氧化锡纳米管作为锂离子电池的负极材料制成的锂离子电池在电流密度为160mA/g时，经过50次循环后，充、放电比容量仍...

【专利技术属性】
技术研发人员：金平实，王兵兵，纪士东，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31