一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法技术

一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，本发明专利技术以水和丙三醇为混合溶剂，以SnCl2·2H2O作为锡源，采用简单的水热法制备了粒径为0.5～1μm的Sn/碳布复合材料，以其作为负极材料组装成钠离子电池，由于金属Sn与钠离子发生合金化反应生成的Na15Sn4具有较高的理论容量，同时碳布取代传统金属集流体作为基体具有较大的比表面积，通过制备自支撑电极，合成电极材料的过程中无需粘接剂和导电剂的加入，活性物质占比大，同时由于碳布的存在也可以提高负极材料的导电性。因此Sn/碳布复合材料表现出了较好的电化学性能。另外，本发明专利技术制备方法工艺简单，使用的碳源成本低廉，反应温度低、重复性高、周期短、能耗低，节约生产成本。

Preparation of Sn/Carbon Cloth Composite Material as Anode for Sodium Ion Batteries

A preparation method of Sn/carbon cloth composite material as negative electrode of sodium ion battery is described. The Sn/carbon cloth composite material with particle size of 0.5-1 micron is prepared by simple hydrothermal method using water and glycerol as mixed solvent and SnCl2.2H2O as tin source. The Sn/carbon cloth composite material is assembled as negative electrode material to form sodium ion battery. The Na15Sn4 produced by alloying reaction between metal Sn and sodium ion has higher performance. At the same time, carbon cloth has a large specific surface area instead of traditional metal collector. By preparing self-supporting electrodes, there is no need to add adhesives and conductive agents in the process of synthesizing electrode materials, and the proportion of active materials is large. At the same time, the existence of carbon cloth can also improve the conductivity of negative electrode materials. Therefore, Sn/carbon cloth composites exhibit good electrochemical properties. In addition, the preparation method has the advantages of simple process, low cost of carbon source, low reaction temperature, high repeatability, short cycle, low energy consumption and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法
本专利技术属于钠离子电池合金类负极材料
，特别涉及一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法。
技术介绍
随着弯曲可折叠电子设备的发展，开发具有高能量密度的柔性电池是当前的研究热点之一。开发柔性电池的重点在于研制具有柔性的高能量密度电极材料。目前，钠离子电池负极主要采用碳石墨化负极材料，虽然碳石墨化负极材料具有较好的循环稳定性，但是理论容量只有250～300mAh/g，相对较低的理论容量限制了其作为钠离子电池负极的应用前景。在对负极材料的研究中，单质Sn在钠离子电池中的理论容量达到847mAh/g，是碳石墨化材料理论容量的两倍多，这引起了电池材料界的广泛关注。然而，单质Sn在钠离子脱嵌的过程中会产生较大的体积膨胀，这会导致在充放电过程中材料的粉化脱落，降低了电池的循环性能，极大地影响了这类材料的实际应用。而将负极材料纳米化、与碳材料复合以及制备自支撑电极等可以一定程度的缓解体积膨胀带来的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，该方法所制备的Sn/碳布复合材料相比传统电极具有可弯曲折叠，组装简单，无需集流体等优点，同时由于活性物质占比大，碳布做基体导电性良好，比表面积大，所以其电化学性能也很优异。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：1)将(2～4)×(2～4)cm的碳布置于硝酸溶液中浸泡处理0.5～2h；2)将0.63～1.52g的SnCl2·2H2O溶于20～50mL去离子水和10～25ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入5～20ml水合肼，然后超声处理，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中于165～185℃水热反应，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗，然后放入烘箱内干燥，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。所述步骤1)碳布为亲水性碳布。所述步骤1)碳布浸泡前在乙醇和去离子水中各超声清洗3～6h两次。所述步骤1)硝酸溶液浓度为0.5～1mol/L。所述步骤2)超声处理采用的超声功率为50～100W，时间为5～20min。所述步骤3)水热釜的填充度为40～60％。所述步骤3)水热反应时间为6～24h。所述步骤4)乙醇和去离子水分别清洗3h。所述步骤4)烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为6～12h。本专利技术的有益效果：本专利技术以水和丙三醇为混合溶剂，以SnCl2·2H2O作为锡源，采用简单的水热法制备了粒径为0.5～1μm的Sn/碳布复合材料，以其作为负极材料组装成钠离子电池，由于金属Sn与钠离子发生合金化反应生成的Na15Sn4具有较高的理论容量，同时碳布取代传统金属集流体作为基体具有较大的比表面积，通过制备自支撑电极，合成电极材料的过程中无需粘接剂和导电剂的加入，活性物质占比大，同时由于碳布的存在也可以提高负极材料的导电性。因此Sn/碳布复合材料表现出了较好的电化学性能。另外，本专利技术制备方法工艺简单，使用的碳源成本低廉，反应温度低、重复性高、周期短、能耗低，节约生产成本，适合大规模生产制备的需要，并在钠离子电池应用方面具有显著的科学意义。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的Sn/碳布复合材料的X-射线衍射(XRD)图谱。图2为本专利技术实施例2制备的Sn/碳布复合材料的扫描电镜(SEM)照片。图3为本专利技术实施例2制备的Sn/碳布复合材料的循环性能图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：1)将3×3cm的亲水性碳布在乙醇和去离子水中各超声清洗4h两次，然后将碳布置于0.8mol/L的硝酸溶液中浸泡处理0.5h，对碳布表面进行刻蚀，使表面活性碳原子数目减少，增加表面活性官能团；2)将0.85g的SnCl2·2H2O溶于20mL去离子水和20ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入5ml水合肼，然后采用100W超声处理5min，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜中，控制填充度为40％，然后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中(烟台科立化工设备有限公司，KLJX-8A)于165℃水热反应24h，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗3h，然后放入烘箱内于60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。实施例2：1)将3×3cm的亲水性碳布在乙醇和去离子水中各超声清洗5h两次，然后将碳布置于0.5mol/L的硝酸溶液中浸泡处理2h，对碳布表面进行刻蚀，使表面活性碳原子数目减少，增加表面活性官能团；2)将0.63g的SnCl2·2H2O溶于50mL去离子水和10ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入10ml水合肼，然后采用100W超声处理5min，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜中，控制填充度为60％，然后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中(烟台科立化工设备有限公司，KLJX-8A)于180℃水热反应24h，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗3h，然后放入烘箱内于60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。如图1所示，用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析样品(Sn/碳布复合材料)，发现样品与PDF卡片编号为65-5224的Sn和PDF卡片编号为22-1069的C结构一致；如图2所示，将该样品用美国FEI公司S-4800型的场发射扫描电子显微镜(FESEM)进行观察，可以看出所制备的Sn/碳布复合材料为粒径0.5～1μm的实心球状颗粒。如图3所示，使用BTS电池充放电测试仪测试其循环性能，可以看出所制备的Sn/碳布负极材料在1A/g的电流密度下循环了500圈其比容量基本稳定保持在500mAh/g。实施例3：1)将3×3cm的亲水性碳布在乙醇和去离子水中各超声清洗6h两次，然后将碳布置于0.6mol/L的硝酸溶液中浸泡处理2h，对碳布表面进行刻蚀，使表面活性碳原子数目减少，增加表面活性官能团；2)将1.52g的SnCl2·2H2O溶于20mL去离子水和25ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入20ml水合肼，然后采用100W超声处理20min，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜中，控制填充度为60％，然后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中(烟台科立化工设备有限公司，KLJX-8A)于185℃水热反应10h，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗3h，然后放入烘箱内于60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。实施例4：1)将4×4cm的亲水性碳布在乙醇和去离子水中各超声清洗3h两次，然后将碳布置于1mol/L的硝酸溶液中浸泡处理1h，对碳布表面进行刻蚀，使表面活性碳原子数目减少，增加表面活性官能团；2)将1.12g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，其特征在于包括以下步骤；1)将(2～4)×(2～4)cm的碳布置于硝酸溶液中浸泡处理0.5～2h；2)将0.63～1.52g的SnCl2·2H2O溶于20～50mL去离子水和10～25ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入5～20ml水合肼，然后超声处理，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中于165～185℃水热反应，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗，然后放入烘箱内干燥，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，其特征在于包括以下步骤；1)将(2～4)×(2～4)cm的碳布置于硝酸溶液中浸泡处理0.5～2h；2)将0.63～1.52g的SnCl2·2H2O溶于20～50mL去离子水和10～25ml丙三醇混合溶剂中搅拌均匀得溶液A1，向溶液A1中加入5～20ml水合肼，然后超声处理，得溶液A2；3)将溶液A2和预处理好的碳布一起转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中于165～185℃水热反应，反应结束后自然冷却至室温，然后取出碳布；4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，分别用乙醇和去离子水清洗，然后放入烘箱内干燥，自然冷却至室温，得到Sn/碳布复合材料。2.根据权利要求1所述的Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)碳布为亲水性碳布。3.根据权利要求1所述的Sn/碳布复合材料做钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)碳布...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，刘梦宇，赵怡星，李嘉胤，曹丽云，马萌，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61