一种Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种制备Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的水热方法，包括：称取SnCl2以及SeO2；放入水热反应斧内胆中；称取硝酸铜固体颗粒放进内胆中；往内胆中加入去离子水，随后磁力搅拌后将内胆装进反应釜中密封；将反应釜放入干燥箱中水热反应；反应完成后将反应产物用去离子水和无水乙醇离心清洗若干次后干燥。本发明专利技术操作简单，不需要复杂设备，所合成的Cu掺杂SnSe2复合材料作为负极材料应用于锂离子电池体系中进行电化学性能测试，在电流密度为0.1 C的电化学测试中，前三次充放电循环的放电比容量分别为433.1 mAh g

Preparation of a Cu-doped SnSe_2 Lithium Ion Battery Electrode Material

【技术实现步骤摘要】
一种Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池电极材料制备，尤其涉及微观纳米结构的锡化物掺杂铜离子锂离子电池的电极材料领域。
技术介绍
发展清洁和可再生能源是我国社会经济发展的重大战略。在新能源技术的各个层次中，电化学储能具有极其重要的地位，也是当前科学研究的热点问题。锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等诸多优点，已成为当今世界应用最为广泛的二次电池。锂离子电池负极材料作为提高锂离子电池能量及循环寿命的重要因素，理所当然地成为人们研究的重点。近几年来，随着对纳米合金材料研究的不断深入，纳米合金材料在锂离子电池中的应用成为引人注目的研究热点并取得了较大进展。锡基合金负极作为其中的重要一员，具有高比能量，高倍率，高安全性能等特点，从而也得到了深入的研究。SnSe2作为锂离子电池的重要负极材料，可以提供813mAhg-1的高理论比容量（基于合金化反应426mAhg-1和转换反应387mAhg-1），尽管有一些文献对理论最大值的争论：考虑到无活性的Li2Se，可逆存储容量为426mAhg-1是不可逆地形成的。与现在市场化的碳材料锂离子电池负极材料，SnSe2在理论容量上具有一定优势。此外，SnSe2较大的层间距将能够使更多的锂离子嵌入，并缓解在转化和脱嵌过程中的大体积变化。但是，SnSe2作为锡基材料的重要一员，同样存在着以下问题：SnSe2在嵌脱锂反应时仍会产生较大的体积膨胀，作为电极材料易开裂粉化，活性物质内部丧失电接触，导致SnSe2电化学性能恶化。因此，面对电子导电性差，体积应变剧烈的问题，适当的Cu掺杂可以有效地控制层次结构，提高电子导电性。因此，设计的Cu掺杂SnSe2复合结构作为锂离子电池负极材料可以具有优异的电化学性能。制备Cu掺杂SnSe2复合材料，可有效解决SnSe2作为锂离子电池电极材料存在的在嵌脱锂反应时仍会产生较大的体积膨胀问题以及导电性差的问题。在本专利技术中，采用一种常用的制备方法水热法，通过控制其反应温度和反应时间来实现Cu掺杂SnSe2纳米复合材料的成功制备。并将此纳米复合材料作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试，发现所合成的复合材料具有较高的放电比容量，良好的倍率性能和循环稳定性能。
技术实现思路
锡基材料是一种非常优异并具有良好发展前景的锂离子电池电极材料，其中SnSe2作为锡基材料的重要一员，同样具有非常优异锂离子电池电化学性能。本专利技术是对锂离子电池性能优异的负极材料的探索，旨在通过合理的材料微结构设计，采用水热法这种操作简单、低成本且实验室最常用的制备方法实现对Cu掺杂SnSe2纳米复合材料粉体的制备，将Cu掺杂SnSe2纳米复合材料作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试。本专利技术专利的主要目的是，通过适当的Cu掺杂，有效地控制层次结构，并提高电子导电性。Cu掺杂SnSe2纳米复合材料具有较高的放电比容量，良好的倍率性能和循环稳定性能等电化学性能。本专利技术提供了一种制备Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的方法。本专利技术通过控制其水热反应温度和反应时间来实现Cu掺杂SnSe2纳米复合材料的成功制备，因为适量铜离子的掺杂，使得Cu掺杂SnSe2复合材料具有优异的锂离子电池电化学性能。本专利技术所制备的Cu掺杂SnSe2纳米复合材料作为锂离子电池电极材料使用，在电流密度为0.1C的电化学测试中，前三次充放电循环的放电比容量分别为433.1mAhg-1，415.4mAhg-1，395.9mAhg-1，经过100次循环后放电比容量为152mAhg-1。本专利技术采用水热反应制备方法，包括如下步骤：1）按照摩尔比称取一定量SnCl2以及SeO2；2）将两种反应原料放入干净的水热反应斧内胆中；3）按照一定摩尔比比(SnCl2：Cu(NO3)2)称取一定量的硝酸铜固体颗粒，同样放进内胆中；4）往内胆中加入一定量去离子水，随后磁力搅拌一定时间后将内胆装进反应釜中密封；5）将反应釜放入干燥箱中进行水热反应；6）反应完成后将反应物去除用去离子水和无水乙醇交替离心清洗若干次后干燥一定时间；进一步的，所述步骤1）中SnCl2与SeO2的摩尔比为1:2。进一步的，所述步骤3）中SnCl2与Cu(NO3)2的摩尔比为5:1。进一步的，所述步骤4）中的内胆中去离子水的填充量为80%适宜。进一步的，所述步骤4）中的磁力搅拌时间为30min适宜。进一步的，所述步骤5）中干燥箱中水热反应温度为160～200℃，保温时间为24h。进一步的，所述步骤6）中的交替离心清洗3次适宜。进一步的，所述步骤6）中离心后干燥温度为80℃，干燥时间为12h。进一步的，本专利技术合成的Cu掺杂SnSe2纳米复合材料应用于锂离子电池中，适当的Cu掺杂可以有效地控制层次结构，提高锂离子电池系统的电子导电性，可以大大提高锂离子电池的性能和寿命。Cu掺杂SnSe2纳米复合材料的制备能达到有效提高SnSe2电极材料的放电比电容及循环稳定性的效果。本专利技术的有益成果在于：1）本专利技术旨在通过合理的材料微结构设计，通过操作简单，低成本的实验方法水热法成功制备Cu掺杂SnSe2纳米复合材料作为锂离子电池电极材料。本专利技术通过控制其反应温度和反应时间来实现Cu掺杂SnSe2纳米复合材料的成功制备，适当的Cu掺杂可以有效地控制层次结构，提高锂离子电池系统的电子导电性，可以大大提高锂离子电池的性能和寿命，从而使得Cu掺杂SnSe2复合材料具有优异的锂离子电池电化学性能。2）本专利技术制备的Cu掺杂SnSe2纳米复合材料作为负极材料应用于锂离子电池中进行电化学测试显示出十分优异的电化学性能，在电流密度为0.1C的电化学测试中，前三次充放电循环的放电比容量分别为433.1mAhg-1，415.4mAhg-1，395.9mAhg-1，经过100次循环后放电比容量为152mAhg-1。本专利技术制备的Cu掺杂SnSe2纳米复合材料具有较高的放电比容量，优异的电化学倍率性能和循环稳定性能，可大大拓展电化学锂离子电池电极材料的制备方法和应用领域。3）本专利技术实验操作非常简单，不需要任何复杂设备，可实现对Cu掺杂SnSe2纳米复合材料粉体的制备，并将其作为负极材料应用于锂离子电池中进行电化学测试显示出十分优异的电化学性能。附图说明图1实施例1制得的Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的扫描电镜（SEM）图。图2实施例1制得的Cu掺杂SnSe2锂离子电池不同倍率下的循环寿命曲线图。图3实施例1制得的Cu掺杂SnSe2锂离子电池的循环寿命曲线图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1按照摩尔比（Sn：Se=1:2），称取一定量SnCl2以及SeO2，将两种反应原料放入50ml水热反应釜内胆中，内胆事先利用去离子水以及无水乙醇清洗干净。按照一定质量比（SnCl2：Cu(NO3)2=5:1）称取一定量的硝酸铜固体颗粒，同样放进内胆中。往内胆中加入一定量去离子水，保证填充量为80%，随后进行30min磁力搅拌后将内胆装进反应釜中密封。将反应釜放进恒温干燥箱中180℃反应24h后自然冷却至室温。将所得的产物用去离子水以及无水乙醇交替离心清洗三次后在80℃的恒温箱中干燥12h即可。实施例2按照摩尔比（Sn：Se=1:2），称取一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照摩尔比称取一定量SnCl2以及SeO2；2）将两种反应原料放入水热反应斧内胆中；3）按照一定摩尔比称取一定量的硝酸铜固体颗粒，同样放进内胆中；4）往内胆中加入去离子水，搅拌后将内胆装进反应釜中密封；5）将反应釜放入干燥箱中进行水热反应；6）反应完成后将反应产物用去离子水和无水乙醇交替离心清洗若干次后干燥；所述步骤1）中SnCl2与SeO2的摩尔比为1:2；所述步骤3）中硝酸铜固体颗粒加入的量满足SnCl2与Cu(NO3)2的摩尔比为5:1。

【技术特征摘要】
1.一种Cu掺杂SnSe2锂离子电池电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）按照摩尔比称取一定量SnCl2以及SeO2；2）将两种反应原料放入水热反应斧内胆中；3）按照一定摩尔比称取一定量的硝酸铜固体颗粒，同样放进内胆中；4）往内胆中加入去离子水，搅拌后将内胆装进反应釜中密封；5）将反应釜放入干燥箱中进行水热反应；6）反应完成后将反应产物用去离子水和无水乙醇交替离心清洗若干次后干燥；所述步骤1）中SnCl2与SeO2的摩尔比为1:2；所述步骤3）中硝酸铜固体颗粒加入的量满足SnCl2与Cu(NO3)2的摩尔比为5:1。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建国，陈鸿文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33