一种锂离子电池用复合纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用复合纳米材料及其制备方法，以多壁碳纳米管为原料，制成二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料，然后进一步碳化硅包覆，所得复合纳米材料可用于锂离子电池负极材料，具有首次库伦效率高、容量高和循环稳定性高等优点。

A composite nanomaterial for lithium ion battery and its preparation method

The invention provides a composite nano material and method for a lithium ion battery preparation method, with multi walled carbon nanotubes as raw material, made of silica / two tin oxide / multiwalled carbon nanotube composite nano SiC coating, and then, the nano composite material can be used as anode materials for lithium ion batteries, with high efficiency, Kulun for the first time high capacity and cyclic stability etc..

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用复合纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及电化学
，特别地，涉及一种锂离子电池用复合纳米材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、能量密度大、循环性能好、无记忆效应等优点，锂离子电池被广泛应用于移动电话和笔记本电脑等便携式移动电器，另外，其在电动自行车和电动汽车上也具有广泛的应用前景。商业化的锂离子电池负极材料一般采用石墨材料(比如石墨微球、天然改性石墨以及人造石墨等)，这些石墨材料具有较好的循环稳定性，但是其容量较低，石墨的理论容量为372mAh/g。新一代锂离子电池对电极材料的容量和循环稳定性提出了更高的要求，不仅要求负极材料具有较高的电化学容量，而且还应当具有良好的循环稳定性。因此，寻找高容量负极材料成为一种非常重要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种锂离子电池用复合纳米材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池用复合纳米材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将多壁碳纳米管酸化后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液：(2)向步骤(1)所得酸化多壁碳纳米管的分散液中加入有机碳源，混匀，超声波分散，得到分散液Ⅰ；(3)将正硅酸乙酯溶于乙醇中，再加入聚乙二醇1000后超声波分散，然后加入尿素溶液，搅拌形成溶胶，备用；(4)向步骤(2)分散液Ⅰ中依次加入五水合四氯化锡以及步骤(3)所得溶胶，然后加入浓盐酸(38w.t.％)，之后缓慢加入浓氨水调节pH＝7～10，于120～180℃反应2～3天，水洗，过滤，烘干，420～440℃焙烧2～3小时，即得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料；(5)将碳化硅与步骤(4)所得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料一并置于球磨机中研磨，将所得粉体置于管式炉中加热焙烧，然后随炉降至室温，即得。作为优选的技术方案之一，步骤(1)的具体方法是：将多壁碳纳米管和浓硝酸搅拌混合均匀，在120～130℃下反应8～10小时，将得到的产物经抽滤、洗涤至中性，真空干燥，即得酸化多壁碳纳米管，然后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液。作为进一步优选的技术方案之一，浓硝酸的质量浓度为65％，多壁碳纳米管与浓硝酸的质量体积比为1g：100mL，所述酸化多壁碳纳米管的分散液中酸化多壁碳纳米管的质量浓度为1g/L。作为优选的技术方案之一，步骤(2)中，所述有机碳源为蔗糖与间苯二酚的混合物，两者的质量比为2：1，该混合物的加入量为酸化多壁碳纳米管的分散液重量的1/10。作为优选的技术方案之一，步骤(3)中正硅酸乙酯、乙醇、聚乙二醇1000与尿素溶液的质量体积比为1g：10～20mL：0.08～0.1g：2～3mL，其中，尿素溶液的浓度为20～30％。作为优选的技术方案之一，步骤(3)的搅拌时间为4～5小时。作为优选的技术方案之一，步骤(4)中浓氨水的质量浓度为25％。作为优选的技术方案之一，步骤(4)中分散液Ⅰ中所含酸化多壁碳纳米管、五水合四氯化锡、溶胶、浓盐酸的质量体积比为1g：50～60mL：40～50g：60～70mL。作为优选的技术方案之一，步骤(5)中碳化硅与二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料的质量比为1：0.5：0.7。作为优选的技术方案之一，步骤(5)中的碳化硅是通过以下方法制备得到的：(51)制备碳化硅前驱体；(52)碳化硅前驱体在氦气气氛保护下，以25～30℃/min的升温速率升温至1200～1250℃，保温2～3小时，然后以5～8℃/min的升温速率升温至1400～1450℃，保温7～8小时，自然冷却至室温，得到墨绿色的初期碳化硅；(53)将步骤(52)所得初期碳化硅加入质量浓度35％的氢氟酸溶液中，除去未反应的二氧化硅，水洗，过滤，烘干，即得。作为进一步优选的技术方案之一，步骤(51)的具体方法是：将蔗糖溶于水和乙二醇中，加入硝酸铁，搅拌使其溶解，形成混合溶液，40～60℃边搅拌边加入将硅酸四乙酯和有机硅，再加入柠檬酸，水解15～20小时，制得碳硅二元溶胶，接着加入到六次甲基四胺中，维持在40～60℃温度条件下进行胶凝，凝胶老化20～30小时后，100～150℃条件下干燥12～15小时，制得棕色的碳化硅前驱体；其中，蔗糖、水、乙二醇、硝酸铁、硅酸四乙酯、有机硅、柠檬酸和六次甲基四胺的物质的量之比为1：10～20：8～10：0.02～0.03：3：0.5～0.7：0.1～0.2：0.2～0.3。作为进一步优选的技术方案之一，步骤(51)所得碳化硅前驱体先研磨成25～40目，然后再进行步骤(52)的处理。作为优选的技术方案之一，步骤(5)中管式炉加热程序为：在氦气气氛下以5～8℃/min的升温速率升温至300～400℃，保温2～3小时后，以12～15℃/min的升温速率升温至800～900℃后恒温焙烧10～12小时。本专利技术还提供了上述一种锂离子电池用复合纳米材料，是通过上述制备方法制备得到的。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以多壁碳纳米管为原料，制成二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料，然后进一步碳化硅包覆，所得复合纳米材料可用于锂离子电池负极材料，具有首次库伦效率高、容量高和循环稳定性高等优点；具体如下：1、本专利技术将多壁碳纳米管先进行酸化，如此可使之分散于水中，反应体系更加环保。多壁碳纳米管通过浓硝酸进行酸化，在120～130℃下反应8～10小时可保证酸化充分，使得多壁碳纳米管完全转化为酸化多壁碳纳米管，进而可均匀分散于水中，以保证所得复合纳米材料的电学性能。2、酸化多壁碳纳米管的分散液中加入有机碳源发生碳化，更加有利于酸化碳纳米管的均匀分散，进而有助于提高最终所得复合纳米材料的均匀性，使得电学性能指标更加理想。本专利技术还进一步选择了蔗糖与间苯二酚的混合物作为有机碳源，经验证，该混合物作为有机碳源制得的复合纳米材料的电学性能指标具有明显优势。3、本专利技术以正硅酸乙酯作为原料制成溶胶，并与五水合四氯乙烯按照顺序加入分散液Ⅰ中，经水热反应以及一系列后处理制得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料，多壁碳纳米管复合了二氧化硅和二氧化锡可以修饰多壁碳纳米管的表面，调节电流导向，具有优异的导电性。4、在二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料的表面包覆碳化硅，可明显提高容量和循环稳定性。5、本专利技术的碳化硅是先制备碳化硅前驱体，然后将碳化硅前驱体在氦气气氛保护下，快速升温结合缓慢升温两段式升温处理得到初期碳化硅，最后经酸化处理而得，如此制得的碳化硅具有更佳的包覆性能，使得最终所得复合纳米材料的电学性能更佳。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将对本专利技术作进一步详细的说明。具体实施方式以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：一种锂离子电池用复合纳米材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将多壁碳纳米管酸化后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液：(2)向步骤(1)所得酸化多壁碳纳米管的分散液中加入有机碳源，混匀，超声波分散，得到分散液Ⅰ；(3)将正硅酸乙酯溶于乙醇中，再加入聚乙二醇1000后超声波分散，然后加入尿素溶液，搅拌形成溶胶，备用；(4)向步骤(2)分散液Ⅰ中依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用复合纳米材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将多壁碳纳米管酸化后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液：(2)向步骤(1)所得酸化多壁碳纳米管的分散液中加入有机碳源，混匀，超声波分散，得到分散液Ⅰ；(3)将正硅酸乙酯溶于乙醇中，再加入聚乙二醇1000后超声波分散，然后加入尿素溶液，搅拌形成溶胶，备用；(4)向步骤(2)分散液Ⅰ中依次加入五水合四氯化锡以及步骤(3)所得溶胶，然后加入浓盐酸，之后缓慢加入浓氨水调节pH＝7～10，于120～180℃反应2～3天，水洗，过滤，烘干，420～440℃焙烧2～3小时，即得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料；(5)将碳化硅与步骤(4)所得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料一并置于球磨机中研磨，将所得粉体置于管式炉中加热焙烧，然后随炉降至室温，即得。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用复合纳米材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将多壁碳纳米管酸化后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液：(2)向步骤(1)所得酸化多壁碳纳米管的分散液中加入有机碳源，混匀，超声波分散，得到分散液Ⅰ；(3)将正硅酸乙酯溶于乙醇中，再加入聚乙二醇1000后超声波分散，然后加入尿素溶液，搅拌形成溶胶，备用；(4)向步骤(2)分散液Ⅰ中依次加入五水合四氯化锡以及步骤(3)所得溶胶，然后加入浓盐酸，之后缓慢加入浓氨水调节pH＝7～10，于120～180℃反应2～3天，水洗，过滤，烘干，420～440℃焙烧2～3小时，即得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料；(5)将碳化硅与步骤(4)所得二氧化硅/二氧化锡/多壁碳纳米管复合纳米材料一并置于球磨机中研磨，将所得粉体置于管式炉中加热焙烧，然后随炉降至室温，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体方法是：将多壁碳纳米管和浓硝酸搅拌混合均匀，在120～130℃下反应8～10小时，将得到的产物经抽滤、洗涤至中性，真空干燥，即得酸化多壁碳纳米管，然后分散于水中，得到酸化多壁碳纳米管的分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，浓硝酸的质量浓度为65％，多壁碳纳米管与浓硝酸的质量体积比为1g：100mL，所述酸化多壁碳纳米管的分散液中酸化多壁碳纳米管的质量浓度为1g/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机碳源为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴苗，
申请(专利权)人：长沙善道新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43