一种GaSn/NC复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaSn/NC复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。该方法包括以下步骤：(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中溶解；(2)向溶液中加入Ga源和Sn源，搅拌溶解；(3)在‑20℃～‑30℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；(4)将前驱体粉末在惰性气体下，于550℃～850℃的温度下热处理1～4h；(5)用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。本发明专利技术制备得到一种三维多孔GaSn/NC复合材料，具有优异的自愈性能，可有效避免在充放电过程中活性物质由于体积膨胀断裂或粉化而失活，从而可以提高金属锡作为负极材料的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种GaSn/NC复合材料的制备方法
本专利技术涉及负极复合材料
，具体涉及一种GaSn/NC复合材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池(LIB)是目前全球充电电池市场的主导电源。然而，不断增长的全球电力供应需求推动LIB的创新，例如，将活性锂材料与非活性元素进行合金化，制备纳米结构电极、添加缓冲物质，并采用自愈聚合物作为粘结剂，提高大容量锂电极的循环稳定性，但所有这些方法都不能提高锂活性材料的固有极限。金属锡因其高达992mA·h/g的理论比容量近年来得到了广泛的关注，但单质锡在锂离子脱嵌过程中，由于巨大的体积膨胀，其结构稳定性易遭到破坏，致使材料开裂，粉化，从而严重影响循环性能。公开号为CN108695498A的中国专利技术专利一种多孔碳内嵌锡基合金的电池负极材料及其制备方法，其通过碳包覆二元锡基合金结构缓冲了锡负极材料在嵌脱锂过程中的体积变化，从而达到提高循环性能和倍率性能的目的。金属镓(Ga)是一种液态形式的金属，也具有较高的理论容量(769mAh/g)，由于其具有流动性和表面张力，是自愈应用的最佳候选材料之一，理论上可以用来抑制单质锡在锂离子脱嵌过程中产生的体积膨胀。因此，将金属锡与镓制作成合金作为负极材料有望利用其自修复自愈的性能来提高负极材料的循环寿命,但目前没有相关的报道。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种GaSn/NC复合材料的制备方法，GaSn合金为液态金属，具有优异的自愈性能，可有效避免在充放电过程中活性物质由于体积膨胀断裂或粉化而失活，从而可以提高金属锡作为负极材料的循环寿命。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种GaSn/NC复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，搅拌待完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中加入Ga源和Sn源，Ga源与Sn源的摩尔比为9:1～1:1，搅拌待完全溶解得溶液B；(3)将溶液B在-20℃～-30℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；(4)将获得的前驱体粉末在惰性气体下，于550℃～850℃的温度下热处理1～4h；(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。优选地，所述步骤(1)中，NaOH、EDTA和NaCl的质量比为1:2～4:3～8。优选地，所述步骤(2)中,搅拌的时间为2-8h，搅拌转速为300-500rpm。优选地，所述步骤(2)中,Ga源为GaCl3，Sn源为SnCl2。优选地，所述步骤(4)是在氩气或氦气的气体氛围下进行。以上制备所得的GaSn/NC复合材料可作为锂电池的负极材料。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)采用本专利技术的技术方案，可制备三维多孔GaSn/NC复合材料，由于Ga和Sn均具有较高的理论容量(769mAh/g和990mAh/g)，同时金属Ga和Sn可提高复合材料的导电性，因此其合金可以作为一种新型的负极材料，提高负极材料的固有极限容量。另外，由于GaSn合金是一种在室温下具有固体自愈性能的液体，具有瞬时修复性，因此其还可避免充放电过程中由于体积膨胀/收缩导致机械破裂，提高负极材料的循环寿命。从而解决单质锡在锂离子脱嵌过程中，由于巨大的体积膨胀，结构稳定性易遭到破坏，致使材料开裂、粉化的问题。(2)本专利技术的技术方案以EDTA作为碳源、NaCl作为模板制备而成，EDTA作为碳源具有较高的含碳氮源，由于氮原子与锂离子的相互作用更强，为锂离子的扩散和储存提供了更多的通道，因此，采用EDTA作为碳源且进行氮掺杂等改善，可以提高锂离子电池的导电性、降低锂离子电池的内阻，保障电池优良的循环性能。【附图说明】图1是实施例1制备得到的GaSn/NC复合材料的形貌SEM图。图2是利用实施例1制备得到的GaSn/NC复合材料的电池的首次充放电曲线图。图3是利用实施例1-4制备得到的GaSn/NC复合材料的电池的循环示意图。图4是利用对比例1制备得到的GaSn/NC复合材料的电池的循环示意图。【具体实施方式】为了更清楚地表达本专利技术，以下通过具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例一种GaSn/NC复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，使得NaOH、EDTA和NaCl的质量比为1:2:3搅拌待完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中加入GaCl3和SnCl2，GaCl3和SnCl2的摩尔比为9:1，搅拌的时间为2h，搅拌转速为300rpm，搅拌待完全溶解得溶液B；(3)将溶液B在-20℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；(4)将获得的前驱体粉末在在氩气或氦气的气体氛围下，于550℃的温度下热处理4h；(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。将制备得到的GaSn/NC复合材料进行形貌SEM测试，结果如图1所示，从图1中可以看出GaSn/NC负极复合材料为三维多孔结构，这是由于除去氯化钠模板，留下的多孔结构，有利于电解液充分浸润活性材料，有利于提高电化学性能，同时GaSn合金包覆于碳材料中，避免与电解液直接接触。实施例2本实施例一种GaSn/NC复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，使得NaOH、EDTA和NaCl的质量比为1:4:3搅拌待完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中加入GaCl3和SnCl2，GaCl3和SnCl2的摩尔比为6:1，搅拌的时间为6h，搅拌转速为400rpm，搅拌待完全溶解得溶液B；(3)将溶液B在-25℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；(4)将获得的前驱体粉末在在氩气或氦气的气体氛围下，于600℃的温度下热处理2h；(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。实施例3本实施例一种GaSn/NC复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，使得NaOH、EDTA和NaCl的质量比为1:3:3搅拌待完全溶解，得溶液A；(2)向溶液A中加入GaCl3和SnCl2，GaCl3和SnCl2的摩尔比为4:1，搅拌的时间为5h，搅拌转速为450rpm，搅拌待完全溶解得溶液B；(3)将溶液B在-30℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；(4)将获得的前驱体粉末在在氩气或氦气的气体氛围下，于700℃的温度下热处理2h；(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。实施例4本实施例一种GaSn/NC复合材料的制备方法，包括以下步骤：(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaSn/NC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，搅拌待完全溶解，得溶液A；/n(2)向溶液A中加入Ga源和Sn源，Ga源与Sn源的摩尔比为9:1～1:1，搅拌待完全溶解得溶液B；/n(3)将溶液B在-20℃～-30℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；/n(4)将获得的前驱体粉末在惰性气体下，于550℃～850℃的温度下热处理1～4h；/n(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaSn/NC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将NaOH、EDTA和NaCl加入去离子水中，搅拌待完全溶解，得溶液A；
(2)向溶液A中加入Ga源和Sn源，Ga源与Sn源的摩尔比为9:1～1:1，搅拌待完全溶解得溶液B；
(3)将溶液B在-20℃～-30℃条件下冷冻干燥，得前驱体粉末；
(4)将获得的前驱体粉末在惰性气体下，于550℃～850℃的温度下热处理1～4h；
(5)将步骤(4)所获产物用去离子水清洗，除去NaCl模板，即得GaSn/NC复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种GaSn/NC复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，NaOH、EDTA和NaCl的质量比为1:2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红强，丁亚俊，吕丁娇，韩金路，邱志安，黄有国，吴强，潘齐常，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45