一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法，本发明专利技术所采用的制备方法简单，实验重复性高、周期短，适合大规模生产制备的需要，在锂离子电池应用方面具有显著的科学意义；所述方法采用的硒化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制硒化锡的体积膨胀收缩；本发明专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与硒化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了硒化锡的粉化团聚。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，国内新能源汽车行业发展迅速，电池种类丰富多样，市场对电池的需求和要求逐渐增加。其最关心的关键指标主要集中在五大方面：安全稳定性能、循环寿命、耐宽温性、充电速度和能量密度。当今，锂离子电池在社会发展中的作用越来越高。因此，开发高性能、绿色环保的电极材料成为锂离子电池的研究热点。目前锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，但碳材料存在以下不足：（1）首次放电过程中生成SEI膜，造成不可逆容量损失，甚至引起碳电极内部结构变化和接触不良；（2）高温时因为保护层的分解，导致电池失效或引起安全性事故；（3）单位体积容量相对较低。由于金属、金属氧化物及其复合材料具有高的比容量，因此它们成为锂离子电池负极材料的替代品，具有较大的发展潜力。已有研究表明，纳米过度金属氧化具有较高的理论比容量，而且容量保持率高。尤其是锡基负极材料，因为锡基负极不仅具有较高的理论容量，而且很容易与第Ⅴ主族的元素和第Ⅵ主族的元素形成两相的合金化合物。近年来，对于SnSb、Sn3P4、SnO2、SnS2等锡的合金化合物的报道比较多，但是对于SnSe2的报道比较少。SnSe2为六方相的层状结构，层与层之间的结合比较弱，有利于锂离子的嵌入与脱出，作为负极材料具有较大的发展空间。但是要将SnSe2负极材料应用于实际中，其电化学性能还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法，本专利技术所采用的制备方法简单，实验重复性高、周期短，适合大规模生产制备的需要，在锂离子电池应用方面具有显著的科学意义；所述方法采用的硒化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制硒化锡的体积膨胀收缩；本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与硒化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了硒化锡的粉化团聚。为了实现上述目的，本专利技术提供一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔硒化锡材料取氯化锡加入到去离子水中，搅拌至完全溶解形成溶液一；称取硒粉，加入到水合肼中，搅拌至完全溶解形成溶液二；然后将溶液二逐滴加入到溶液一中形成混合溶液三，并搅拌均匀；其中，锡离子与硒原子的摩尔比为1：(2-3)；将上述混合液三转移至水热釜中，然后将水热釜置于水热反应仪于220-230℃反应，反应结束后随炉冷却至室温，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤、离心得到黑色的粉体，将分离得到的粉体烘干得到SnSe2纳米晶。将粉末状的氯化钾与SnSe2纳米晶以质量比10：（150-200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为340-350℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的SnSe2纳米晶；将到的SnSe2纳米晶趁热送入高温高压均质机，设置温度为450-460℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向SnSe2纳米线；将得到的径向SnSe2纳米线用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔硒化锡；（2）制备氧化硅包覆硒化锡前驱体将60重量份的多孔硒化锡分散在150-180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10-60min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2-0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8-14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆硒化锡前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆硒化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1-2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20-30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆硒化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3-0.35重量份吡咯单体，超声45-50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20-25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4-12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃-8℃/min的升温速率升温至570℃-630℃，退火1-3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆硒化锡负极材料。优选的，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。本专利技术具有如下优点和显著效果：（1）述方法采用的硒化锡为纳米级纤维状，其单个纤维上布满均匀的贯通孔，有效地抑制硒化锡的体积膨胀收缩，在同等条件下，可嵌入更多地锂离子，提高电池的能量密度；（2）本专利技术通过碳氮的复合，提高了活性物质的导电性，另外，氮掺杂的碳层与硒化锡之间的空腔为活性物质嵌/脱锂时体积的膨胀提供了有效空间，防止了硒化锡的粉化团聚；（3）本专利技术所采用的制备方法简单，实验重复性高、周期短，适合大规模生产制备的需要，在锂离子电池应用方面具有显著的科学意义。具体实施方式实施例一取氯化锡加入到去离子水中，搅拌至完全溶解形成溶液一；称取硒粉，加入到水合肼中，搅拌至完全溶解形成溶液二；然后将溶液二逐滴加入到溶液一中形成混合溶液三，并搅拌均匀；其中，锡离子与硒原子的摩尔比为1：2；将上述混合液三转移至水热釜中，然后将水热釜置于水热反应仪于220℃反应，反应结束后随炉冷却至室温，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤、离心得到黑色的粉体，将分离得到的粉体烘干得到SnSe2纳米晶。将粉末状的氯化钾与SnSe2纳米晶以质量比10：150混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为340℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的SnSe2纳米晶。将到的SnSe2纳米晶趁热送入高温高压均质机，设置温度为450-460℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向SnSe2纳米线；将得到的径向SnSe2纳米线用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔硒化锡。将60重量份的多孔硒化锡分散在150重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10min，然后在搅拌条件下加入2-4重量份氨水和0.2重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆硒化锡前驱体。将获得的氧化硅包覆硒化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1重量份的高分子表面活性剂，搅拌20h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆硒化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3重量份吡咯单体，超声45min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4h，离心、洗涤、干燥；将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃/min的升温速率升温至570℃，退火1h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆硒化锡负极材料。其中，所述高分子表面活性剂为聚丙烯酸胺、羟乙基纤维素和聚氧乙烯类共聚物中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵、重铬酸钾和碘酸钾中的至少一种。实施例二取氯化锡加入到去离子水中，搅拌至完全溶解形成溶液一；称取硒粉，加入到水合肼中，搅拌至完全溶解形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔硒化锡材料取氯化锡加入到去离子水中，搅拌至完全溶解形成溶液一；称取硒粉，加入到水合肼中，搅拌至完全溶解形成溶液二；然后将溶液二逐滴加入到溶液一中形成混合溶液三，并搅拌均匀；其中，锡离子与硒原子的摩尔比为1：(2‑3)；将上述混合液三转移至水热釜中，然后将水热釜置于水热反应仪于220‑230℃反应，反应结束后随炉冷却至室温，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤、离心得到黑色的粉体，将分离得到的粉体烘干得到SnSe2纳米晶；将粉末状的氯化钾与SnSe2纳米晶以质量比10：（150‑200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为340‑350℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的SnSe2纳米晶；将到的SnSe2纳米晶趁热送入高温高压均质机，设置温度为450‑460℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向SnSe2纳米线；将得到的径向SnSe2纳米线用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔硒化锡；（2）制备氧化硅包覆硒化锡前驱体将60重量份的多孔硒化锡分散在150‑180重量份的由乙二醇和水按体积比3:1构成的混合液中，超声搅拌10‑60min，然后在搅拌条件下加入2‑4重量份氨水和0.2‑0.3重量份正硅酸四乙酯，继续搅拌8‑14h，离心、洗涤，即获得氧化硅包覆硒化锡前驱体；（3）将获得的氧化硅包覆硒化锡前驱体分散在100重量份乙醇中，然后加入1‑2重量份的高分子表面活性剂，搅拌20‑30h，离心、洗涤；将洗涤后氧化硅包覆硒化锡前驱体分散于80重量份去离子水中，然后加入0.3‑0.35重量份吡咯单体，超声45‑50min，再在搅拌条件下逐滴加入50重量份浓度为20‑25mmol/L的引发剂溶液，最后聚合反应4‑12h，离心、洗涤、干燥；（4）将所述干燥后的产物置于惰性气体氛围中，以5℃‑8℃/min的升温速率升温至570℃‑630℃，退火1‑3h，使聚吡咯碳化；将所述碳化后的产物放入碱性溶液中进行刻蚀，以去除SiO2，即得到碳包覆硒化锡负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆硒化锡负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备多孔硒化锡材料取氯化锡加入到去离子水中，搅拌至完全溶解形成溶液一；称取硒粉，加入到水合肼中，搅拌至完全溶解形成溶液二；然后将溶液二逐滴加入到溶液一中形成混合溶液三，并搅拌均匀；其中，锡离子与硒原子的摩尔比为1：(2-3)；将上述混合液三转移至水热釜中，然后将水热釜置于水热反应仪于220-230℃反应，反应结束后随炉冷却至室温，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤、离心得到黑色的粉体，将分离得到的粉体烘干得到SnSe2纳米晶；将粉末状的氯化钾与SnSe2纳米晶以质量比10：（150-200）混合均匀，然后送入螺杆挤压机，设置螺杆挤出压机的温度为340-350℃，通过螺杆的旋转剪切、分散使氯化钾研磨形成晶粒并均匀分散于半熔融状态的SnSe2纳米晶；将到的SnSe2纳米晶趁热送入高温高压均质机，设置温度为450-460℃，高压气体为氮气，通过均质机高温高压，使掺杂锡形成喷射流进入高电压静电纺丝，得到径向SnSe2纳米线；将得到的径向SnSe2纳米线用去离子水清洗，除去残余的氯化钾，烘干、细化，得到多孔硒化锡；（2）制备氧化硅包覆硒化锡前...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州思创源博电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32