本发明专利技术公开了一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法，以单一物质为锡源，锡源用量好控制，以无水乙二胺和乙醇的混合物作为溶剂热溶剂，以调节乙醇的用量来精确控制引入的水分含量，而水分含量直接决定了产物中SnO的含量。充分利用了SnO2不溶于稀HCL，而SnO溶于稀HCL这一化学特性来造孔，以腐蚀SnO2&SnO复合材料中的SnO，以达到制备高比表面积多孔二维状SnO2材料。
【技术实现步骤摘要】
一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及钠离子电池电极材料领域，具体涉及一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法，属于新材料制备
技术介绍
近年来，随着全球工业化的进一步发展，人类对能源需求量急剧增加。与此同时，工业化所引发的环境污染问题也进一步加剧。寻求绿色、环保、可再生的新能源的是当今科研人员的重要努力方向。自1976年EXXON公司发现TiS2能够可逆的脱嵌锂离子并研发出第一颗锂离子二次电池，到1991年日本SONY公司推出商业应用的钴酸锂/碳锂离子二次电池以来，经过近30年的发展，锂离子二次电池已经得到充分发展。但锂离子二次电池在其发展过程中一直受到其安全因素不稳定，能量密度无法进一步增加，锂资源储量不足及分布不均衡等问题的困扰。钠离子二次电池与锂离子二次电池从原理结构上并无明显区别，都是以电池正负极、以及不同的电解液组成。与锂离子电池相比，钠离子电池具有原材料成本更加低廉：钠元素地球丰度远高于锂元素，且钠元素的全球分布均衡，开采成本低廉等天然优势。此外，钠离子二次电池具有比容量和循环效率相比锂离子二次电池高等优点，更为适用于大规模储能的应用场景，比如在大规模高压电网储能，高速移动通信网用基站储能，大数据中心储能，云计算中心储能等场景。目前商用锂离子二次电池的负极电极材料还是以石墨化碳材料为主，石墨类碳材料的理论储锂容量为372mAhg-1。但是在研究钠离子二次电池的过程中，Stevens等和Fouletier等研究人员分别发现，相对于锂离子可以在石墨片层中可逆的嵌入与脱嵌，离子半径为0.98nm的钠离子无法像离子间距较小的锂离子那样在层间距为0.355nm石墨片层中嵌入与脱嵌。作为非石墨类碳材料的软炭和硬炭，这两中碳材料的储钠原理与储锂原理类似，都是基于离子的脱嵌机制，只是锂/钠离子的嵌入的电压值不同，而且它们的比容量接近。但是非石墨类碳材料的的储钠的不可逆容量损失较大，大电流高倍率测试时循环性能不好，而且在大电流测试下电池电解液的分解也会影响其嵌钠性能。在寻找合适的钠离子二次电池负极材料的研究中，人们发现碳基材料普遍存在的充放电效率低和循环性能差的问题难以克服。因此，寻找替代碳基材料的新型负极材料成为了当务之急。过渡金属氧化物和过渡金属硫化物的首次不可逆容量损失小、安全性能好、储钠比容量高等诸多优点引起了人们的普遍关注。在众多金属氧化物中，SnO2因为有合适的电位平台、环境友好，并且每个Sn原子能和3.75个Na原子结合形成Na15Sn4合金化合物，具有较高的理论容量而备受关注。与此同时，在形成Na15Sn4金属合金时产生的体积膨胀率高达400％以上，巨大的体积膨胀会使SnO2在电池充放电的过程中发生团聚、断裂、粉末化，影响材料的结构稳定性，进一步导致电池的容量衰减。这是阻碍了SnO2作为钠离子二次电池负极材料主要困难。目前对Sn基负极材料的研究主要集中在两个方面：其一，对Sn基负极材料进行纳米化调控，经过可控调节，制备出一定形貌的Sn基纳米材料，以克服材料本身的体积膨胀；其二，通过将Sn基材料和其他材料复合，将Sn基材料负载在其他材料如石墨烯、碳纳米管等载体上，以解决其体积膨胀。正因为如此，本专利通过溶剂热反应可控制备出类石墨烯状形貌的SnO2纳米材料，并将其作为钠离子二次电池负极材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要问题是针对
技术介绍
中SnO2用作钠离子电池负极材料时存在的因为其团聚、断裂、粉末化等缺点造成SnO2电化学性能失活的缺点。通过极简单、低成本、环境友好的溶剂热方法，制备出SnO2和SnO复合物，后利用稀盐酸腐蚀SnO的方法，制备出储钠性能优异二维多孔SnO2纳米材料。以二维高比表面积多孔状SnO2作为钠离子电池负极活性物质，有效的克服了SnO2的体积膨胀，大大提高了二维高比表面积多孔状SnO2的循环稳定性。本方法以SnCl2为Sn源，经过溶剂热、酸洗、水洗烘干等步骤制备储钠性能的优异的钠离子二次电池电极材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，按照下列步骤制备得到：步骤一、SnO2&SnO前驱体材料的制备：第一阶段：在无氧条件下，将无水乙二胺与体积分数为75-95％的乙醇水溶液按照100：0到90：10的体积比进行混合得到溶液A，按照每150-200ml无水乙二胺对应1mmol锡的比例，向溶液A中加入锡源得到反应液B；第二阶段：将溶液B在100℃～220℃条件下进行水热反应8～24h，反应结束后自然降温到20-25摄氏度，采用高速离心、无水乙醇洗涤、真空干燥的方法得到二维状SnO2&SnO复合材料；步骤二、SnO材料的定向腐蚀去除：取步骤一得到的SnO2&SnO复合材料，在搅拌超声的条件下，加入酸溶液以均匀腐蚀SnO2&SnO复合材料中的SnO，采用高速离心、无水乙醇洗涤、真空干燥的方法得到高比表面积多孔二维状SnO2材料。在上述技术方案中，在步骤一中，无氧条件为氩气环境。在上述技术方案中，所述锡源为二氯化锡或草酸亚锡。在上述技术方案中，在步骤一中，第二阶段所述水热反应优选为140℃～200℃。在上述技术方案中，在步骤二中，在所述腐蚀反应的时间为1～6小时；所述酸为浓度为0.1-0.5mol/L的稀盐酸或稀硝酸。本专利技术的优点如下：以单一物质为锡源，锡源用量好控制，以无水乙二胺和乙醇的混合物作为溶剂热溶剂，以调节乙醇的用量来精确控制引入的水分含量，而水分含量直接决定了产物中SnO的含量。充分利用了SnO2不溶于稀HCL，而SnO溶于稀HCL这一化学特性来造孔，以腐蚀SnO2&SnO复合材料中的SnO，以达到制备高比表面积多孔二维状SnO2材料。附图说明图1：采用本专利专利技术技术制备的SnO2&SnO复合材料以及2DSnO2的XRD图谱。图2：采用本专利专利技术技术制备的SnO2&SnO复合材料以及2DSnO2的SEM图谱。图3：采用本专利专利技术技术制备的SnO2&SnO复合材料以及2DSnO2的TEM图谱。图4：采用本专利专利技术技术制备的2DSnO2的孔径分布图。图5：采用本专利专利技术技术制备的2DSnO2的比表面积图。图6：采用本专利专利技术技术制备的2DSnO2以及商用纳米SnO2为活性物质组装的钠离子电池循环性能图，其中1为本专利技术SnO2材料放电，2为本专利技术SnO2材料充电，3为商用SnO2材料放电，4为商用SnO2材料充电。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1首先，在氩气气氛的手套箱中进行实验操作，将一35ml的无水乙二胺加入到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，得到溶液A。向溶液A中加入0.2mmol无水二氯化锡，得到反应液B。将溶液B转移到不锈钢反应釜中，在220℃的烘箱中进行溶剂热反应24h，反应结束后自然降温到室温，之后采用高速离心、无水乙醇洗涤、真空干燥的方法得到二维状SnO2&SnO复合材料。取真空干燥的SnO2&本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：按照下列步骤制备得到：步骤一、SnO2&SnO前驱体材料的制备：第一阶段：在无氧条件下，将无水乙二胺与体积分数为75‑95％的乙醇水溶液按照100：0到90：10的体积比进行混合得到溶液A，按照每150‑200ml无水乙二胺对应1mmol锡的比例，向溶液A中加入锡源得到反应液B；第二阶段：将溶液B在100℃～220℃条件下进行水热反应8～24h，反应结束后自然降温到20‑25摄氏度，得到二维状SnO2&SnO复合材料；步骤二、SnO材料的定向腐蚀去除：取步骤一得到的SnO2&SnO复合材料，在搅拌超声的条件下，加入酸溶液以均匀腐蚀SnO2&SnO复合材料中的SnO，得到高比表面积多孔二维状SnO2材料。
【技术特征摘要】
1.一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：按照下列步骤制备得到：步骤一、SnO2&SnO前驱体材料的制备：第一阶段：在无氧条件下，将无水乙二胺与体积分数为75-95％的乙醇水溶液按照100：0到90：10的体积比进行混合得到溶液A，按照每150-200ml无水乙二胺对应1mmol锡的比例，向溶液A中加入锡源得到反应液B；第二阶段：将溶液B在100℃～220℃条件下进行水热反应8～24h，反应结束后自然降温到20-25摄氏度，得到二维状SnO2&SnO复合材料；步骤二、SnO材料的定向腐蚀去除：取步骤一得到的SnO2&SnO复合材料，在搅拌超声的条件下，加入酸溶液以均匀腐蚀SnO2&SnO复合材料中的SnO，得到高比表面积多孔二维状SnO2材料。2.根据权利要求1所述的一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：在步骤一中，无氧条件为氩气环境，第二阶段所述水热反应优选为140℃～200℃。3.根据权利要求1所述的一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：所述锡源为二氯化锡或草酸亚锡。4.根据权利要求1所述的一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：在步骤一中，根据权利要求1所述的一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，在步骤二中，在所述腐蚀反应的时间为1～6小时；所述酸溶液为浓度为0.1-0.5mol/L的稀盐酸或稀硝酸。5.根据权利要求1所述的一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料，其特征在于：比表面积为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李德军，贺晓东，董雷，冯建民，刘瑞鲜，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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