一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用技术

一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁‑锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用，SnO2占90～95wt％，其余为碳量子点，含量x＝5～10wt％。制备方法包括；将一定量的SnCl2·2H2O溶于由无水乙醇和N，N‑二甲基甲酰胺组成的混合溶液中并在室温下搅拌；将一定量PVP溶于上述溶液中并在室温下继续搅拌，得到前驱体溶液A；将液体石蜡溶于前驱体溶液A中并搅拌后得到前驱体溶液B；将步骤三得到的纺丝前驱体溶液B用于高压静电纺丝，将得到的SnO2@C产物进行二次退火，待其自然冷却至室温后得到碳量子点表面修饰一维纳米SnO2，本发明专利技术提高镁‑锂双盐电池中正极材料导电性并抑制因锂离子嵌入/脱出造成材料体积膨胀/收缩而导致的粉化问题，从而提高镁‑锂双盐电池的充放电容量及循环稳定性。

A Carbon Quantum Dot Surface Modified One-Dimensional Nano-SnO_2 Magnesium-Lithium Double Salt Battery Cathode Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用
本专利技术涉及二次动力电池材料
，特别涉及一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用。
技术介绍
能源的开发与利用自人类诞生之日起就伴随着人类，可以说能源与人类有着不可分割的联系。人类总是通过努力不断地尝试各种各样的能源，积极推动能源的发展。每一次能源的更新换代都意味着社会生产力的进步，并推进社会经济的发展与现代化进程。锂离子电池在商用可充电电池市场取得了巨大成功。然而，由于低成本，无枝晶和双电子氧化还原特征(镁为3833mAh·cm-3，Li为2046mAh·cm-3)的金属，可充电镁离子电池是比锂离子电池更适合大规模电能储存。因此，镁离子电池引起了更多的关注，并且已经为实际应用的目的做出了实质性的努力。在元素周期表中，Mg和Li具有相似的原子半径和化学性质。因此，为了找到锂离子电池的替代选择，已经进行了广泛的镁离子电池研究。与锂离子电池相比，镁离子电池具有一些优势。例如，与Li(180.5℃)相比，Mg的高熔点(648.8℃)表明镁离子电池在应用中具有更好的安全范围。由于一个镁离子可以携带两个电荷，因此Mg具有相当高的比容量2205mAh·g-1。镁是宇宙中丰富的元素材料之一，镁离子电池更便宜。因此，近年来镁离子电池引起了很多关注。尽管镁离子电池相关研究已经被报道，但是具有较好Mg2+离子嵌入动力学性质的高电压正极材料非常有限，严重阻碍了镁离子电池的应用。构建锂镁双盐电池体系，可显著解决镁离子电池遇到的问题。具体做法是采用嵌锂的正极材料、镁负极材料及含有Mg2+和Li+离子的固态电解质构建离子电池系统。使电池正极发生高效的Li+离子脱嵌反应，负极发生Mg2+离子的溶出和沉积反应，从而有效缓解锂离子电池容量低、成本高、锂枝晶及镁离子电池脱嵌动力学等问题，推动镁基储能电池的应用。目前，锂离子电池及双盐电池所使用的嵌锂正极材料成分单一，结构简单，存在导电性不足、活性较低、结构不稳定、缺乏快速脱嵌离子的通道等问题，严重制约了锂离子的快速饱和嵌入/脱出，降低了电池系统的容量、倍率特性及循环稳定性。SnO2因其相对较低的工作电压(其平均放电和充电电压分别为0.3和0.5V)而受到极大关注，当与高压阴极结合使用时可产生高比能值。SnO2的电极理论容量高1494mAhg-1，基于SnO2的电极呈现低电子电导率和容量降低，这是由于在反应过程中发生的金属Sn(～300％)的大体积变化，极易导致电池循环过程中电极材料粉化，造成电池寿命衰减。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料及其制备方法及其应用，在纳米SnO2表面嵌入碳量子点提高电子电导率并巩固正极材料结构，提高镁-锂双盐电池中正极材料导电性并抑制因锂离子嵌入/脱出造成材料体积膨胀/收缩而导致的粉化问题，从而提高镁-锂双盐电池的充放电容量及循环稳定性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料，SnO2占90～95wt％，其余为碳量子点，含量x＝5～20wt％。一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料的制备方法，包括以下步骤；步骤一：将一定量的SnCl2·2H2O溶于由无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶液中并在室温下搅拌1～2h；所述的步骤一中，无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺溶液体积为1～6ml；步骤二：将一定量PVP溶于上述溶液中并在室温下继续搅拌2～4h，得到前驱体溶液A；步骤三：将占前驱体溶液A质量10～15％的液体石蜡溶于前驱体溶液A中并搅拌24～48h后得到前驱体溶液B；步骤四：将步骤三得到的纺丝前驱体溶液B用于高压静电纺丝，具体纺丝工艺如下：具有0.6mm内径的平口针头连接至注射器上作为喷丝头，电源接地的不锈钢板作为纤维收集板，保持喷丝头和收集板之间距离为15～20cm且在两者之间加上15～20KV的高压，设置注射泵流速为5mlh-1进行静电纺丝，待静电纺丝完毕后，将接收板上的薄膜收集起来并在空气中进行退火处理，在坩埚底部铺满碳粉，退火温度为500℃，时间为2h，升温速率为3.5℃min-1，待其自然冷却至室温后得到样品；步骤五：将得到的SnO2@C产物进行二次退火，待其自然冷却至室温后得到碳量子点表面修饰一维纳米SnO2。上述步骤一中，无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺质量分别为1.5g～4g。所述的步骤一中SnCl2·2H2O、无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺之间的比例关系为5：3：2。所述的步骤二中PVP与步骤一中的SnCl2·2H2O按质量比1：2配比。所述的退火条件为用氩气保护，退火温度为900～1050℃，时间为2～4h，升温速度为1℃min-1。所述的步骤三中，液体石蜡的质量为0.1～1g。一种SnO2@C镁离子电池正极材料纳米结构的应用，将70wt％的碳量子点表面修饰一维纳米SnO2、15wt％的导电助剂(SuperP)及15wt％的粘结剂放入研钵中充分研磨，将混合好的样品泥浆用刮刀涂布在铜箔上，随后放入120℃真空烘箱中12h，使其充分干燥，玻璃纤维隔膜为电池隔膜，组装为扣式电池；将组装好的扣式电池静置12小时后，在LANDCT2100A进行电化学性能测试，测试电压为0.01～3.0V，电流密度100mA/g。本专利技术的有益效果：本专利技术增强了镁离子电池的导电性能，本专利技术通过控制反应溶剂的配比，反应温度和保温时间来改善物质的大小，形貌和结构。本专利技术制备的SnO2@C纳米结构的比表面积大，在充放电过程中有很大的空间存储镁离子，在外侧包覆碳后提高电子电导率，有利于Mg2+阳离子扩散和储存，改善循环稳定性。附图说明图1为所合成制备的碳量子点表面修饰一维纳米SnO2离子电池正极材料低倍微观形貌图。图2为所合成制备的碳量子点表面修饰一维纳米SnO2离子电池正极材料高倍微观形貌图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料，SnO2占90wt％，其余为碳量子点，含量x＝10wt％。一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料的制备方法，包括以下步骤；步骤一：将2.5g的SnCl2·2H2O溶于由无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶液中并在室温下搅拌1h；所述的步骤一中，无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺溶液体积为3ml，其中SnCl2·2H2O、无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺之间的比例关系为5：3：2。步骤二：将一定量PVP溶于上述溶液中并在室温下继续搅拌2h，所述的PVP与步骤一中的SnCl2·2H2O按质量比1：2配比，得到前驱体溶液A；步骤三：将10wt％(占前驱体溶液A)的液体石蜡溶于前驱体溶液A中并搅拌24h后得到前驱体溶液B；步骤四：具有0.6mm内径的平口针头连接至注射器上作为喷丝头，电源接地的不锈钢板作为纤维收集板，保持喷丝头和收集板之间距离为15cm且在两者之间加上15KV的高压，设置注射泵流速为5mLh-1进行静电纺丝，待静电纺丝完毕后，将接收板上的薄膜收集起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁‑锂双盐电池正极材料，其特征在于，SnO2占90～95wt％，其余为碳量子点，含量x＝5～10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料，其特征在于，SnO2占90～95wt％，其余为碳量子点，含量x＝5～10wt％。2.一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一：将一定量的SnCl2·2H2O溶于由无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺组成的混合溶液中并在室温下搅拌1～2h；所述的步骤一中，无水乙醇和N，N-二甲基甲酰胺溶液体积为1～6ml；步骤二：将一定量PVP溶于上述溶液中并在室温下继续搅拌2～4h，得到前驱体溶液A；步骤三：将占前驱体溶液A质量10～15％的液体石蜡溶于前驱体溶液A中并搅拌24～48h后得到前驱体溶液B；步骤四：将步骤三得到的纺丝前驱体溶液B用于高压静电纺丝，具体纺丝工艺如下：具有0.6mm内径的平口针头连接至注射器上作为喷丝头，电源接地的不锈钢板作为纤维收集板，保持喷丝头和收集板之间距离为15～20cm且在两者之间加上15～20KV的高压，设置注射泵流速为5mlh-1进行静电纺丝，待静电纺丝完毕后，将接收板上的薄膜收集起来并在空气中进行退火处理，在坩埚底部铺满碳粉，退火温度为500℃，时间为2h，升温速率为3.5℃min-1，待其自然冷却至室温后得到样品；步骤五：将得到的SnO2@C产物进行二次退火，待其自然冷却至室温后得到碳量子点表面修饰一维纳米SnO2。3.根据权利要求2所述的一种碳量子点表面修饰一维纳米SnO2镁-锂双盐电池正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯小江，石洪昌，杨艳玲，王嘉栋，王祎，冯雷，锁国权，叶晓慧，张荔，朱建锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61