锂离子电池负极纳米纤维复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极纳米纤维复合材料及其制备方法与应用，所述方法包括：利用含SnO2/C纳米球前驱体的第二溶液和含乙酰丙酮镍的第三溶液通过同轴静电纺丝制备SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体；将所述SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体经氧化、碳化处理得到SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料，即所述锂离子电池负极纳米纤维复合材料。本发明专利技术的SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料作为锂离子电池负极材料，导电性和结构稳定性得到显著提升，且具有良好的电化学稳定性和倍率性能，具有商业化的应用价值。具有商业化的应用价值。具有商业化的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极纳米纤维复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及锂离子电池负极纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]二氧化锡(SnO2)锂离子电池负极材料被认为是最有希望替代商用石墨负极材料，成为下一代新型锂离子电池负极材料的材料之一，由于其高的理论比容量、广阔的环境储备、环境友好无污染以及更高的安全性等优点。然而， SnO2材料所固有的电子传输性能差，充放电过程中伴随着严重的体积膨胀收缩等特性，导致SnO2材料充放电过程中不断地发生粉化和二次团聚的现象，进而失去电化学活性，性能快速衰减。
[0003]为了解决SnO2负极材料的上述问题，人们进行了大量的研究和尝试，与碳材料复合，制备纳米结构，制备空心和多孔结构等，但目前的制造方法，制备成本高，难以实现大规模商业化生产；而且现有技术中，制备的电池负极材料电化学稳定性、倍率性能较差等问题，亟待进一步的改进。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供锂离子电池负极纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供一种锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，所述制备方法包括：利用含SnO2/C纳米球前驱体的第二溶液和含乙酰丙酮镍的第三溶液通过同轴静电纺丝制备SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体；
[0007]将所述SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体经氧化、碳化处理得到SnO2/C@Ni 纳米纤维复合材料，即所述锂离子电池负极纳米纤维复合材料。
[0008]本专利技术的一个实施例中，所述SnO2/C纳米球前驱体的制备方法为：
[0009]将锡酸钾加入水中，搅拌、超声至全部溶解得到锡酸钾溶液，再加入葡萄糖，持续搅拌至全部溶解，得到第一溶液，将所述第一溶液加入水热反应釜中，并置于180℃防爆烘箱中，反应4h，将反应产物经洗涤、离心、干燥，得到所述SnO2/C纳米球前驱体。
[0010]其中，所述第一溶液中，锡酸钾的质量分数是1％
‑
10％，葡萄糖与锡酸钾的质量比是0.5
‑
10。
[0011]本专利技术的一个实施例中，所述第二溶液的配制方法为：
[0012]将聚丙烯腈(PAN)加入N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，80℃下搅拌30 min至完全溶解，加入所述SnO2/C纳米球前驱体，搅拌30min，得到所述第二溶液。
[0013]本专利技术的一个实施例中，所述第二溶液中，所述聚丙烯腈的质量分数为 1％
‑
30％，所述SnO2/C纳米球前驱体与所述聚丙烯腈的质量比值为0.1
‑
5。
[0014]本专利技术的一个实施例中，所述第三溶液的配制方法为：
[0015]将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，60℃下搅拌30min至PVP
全部溶解，再加入乙酰丙酮镍，继续搅拌30min，得到第三溶液；
[0016]其中，所述第三溶液中，所述PVP的质量百分数为10％
‑
30％；乙酰丙酮镍与PVP的质量比为0.01
‑
5。
[0017]本专利技术的一个实施例中，所述同轴静电纺丝条件为：
[0018]内层管道装所述第二溶液，外层管道装所述第三溶液，电压为5
‑
50kV，滚轮接收速度为0
‑
100r min
‑1，推注推行速度0.1
‑
10mL h
‑1，电纺针头到接收器的距离5
‑
30cm，静电纺丝时间为1
‑
100h。
[0019]本专利技术的一个实施例中，所述氧化处理过程为：
[0020]将所述SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体在空气中，以1
‑
10℃min
‑1的升温速度逐步升温至150
‑
300℃，并恒温0.5
‑
3h。
[0021]本专利技术的一个实施例中，所述碳化处理过程为：
[0022]将氧化处理后的SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体置于惰性气体气氛中，以 1
‑
20℃min
‑1的升温速度逐步升温至500
‑
1000℃，并恒温0.5
‑
5h。
[0023]上述所述方法制备的锂离子电池负极纳米纤维复合材料，也属于本专利技术的保护范围。
[0024]本专利技术还提供所述的锂离子电池负极纳米纤维复合材料在如下任一中的应用，(1)制备电池或电池电极材料；(2)制备能量储存元件；(3)制备电子设备。
[0025]本专利技术实施例的SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料中，SnO2/C纳米球均匀的分散在碳纤维内部，纤维表面散布大量的Ni纳米颗粒，复合材料纤维相互交联形成稳固的碳骨架基体，形成良好的多点接触网络，Ni纳米颗粒的加入，进一步提高了碳基体的石墨化程度，同时Ni也具有良好的导电性，为电子传输提供了快速的通道，SnO2/C纳米球之间的空隙为SnO2充放电过程中的体积膨胀提供空间，表面包覆的碳纤维为SnO2的体积膨胀提供缓冲，保证复合材料整体的稳定性。
[0026]本专利技术具有如下优点：
[0027]本专利技术的SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料的制备方法简单，可重复性高，该SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料由直径约50nm的SnO2和C的一次纳米颗粒自组装成的SnO2/C纳米球均匀的分散在纳米碳纤维之中，纳米碳纤维网络为复合材料提供了良好的导电网络和骨架支撑，为SnO2材料充放电过程的体积膨胀提供缓冲，表层纳米Ni颗粒的加入，进一步提高了碳纤维的石墨化程度，加上Ni的良好的导电性，复合材料基体的导电性的到显著提升。
[0028]本专利技术的SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料作为锂离子电池负极材料，表现出优异的电化学性能，具有良好的电化学稳定性和倍率性能，具有很高的商业化应用价值。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0030]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的
实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0031]图1是本专利技术的纳米纤维复合材料的制备方法中，水热制备的SnO2/C纳米球前驱体的TEM照片图，该SnO2/C纳米球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：利用含SnO2/C纳米球前驱体的第二溶液和含乙酰丙酮镍的第三溶液通过同轴静电纺丝制备SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体；将所述SnO2/C@Ni纳米纤维前驱体经氧化、碳化处理得到SnO2/C@Ni纳米纤维复合材料，即所述锂离子电池负极纳米纤维复合材料。2.如权利要求1所述的锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述SnO2/C纳米球前驱体的制备方法为：将锡酸钾加入水中，搅拌、超声至全部溶解得到锡酸钾溶液，再加入葡萄糖搅拌至全部溶解，得到第一溶液，将所述第一溶液加入水热反应釜中，并置于180℃防爆烘箱中，反应4h，将反应产物经洗涤、离心、干燥，得到所述SnO2/C纳米球前驱体；其中，所述第一溶液中，锡酸钾的质量分数是1％
‑
10％，葡萄糖与锡酸钾的质量比是0.5
‑
10。3.如权利要求1所述的锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二溶液的配制方法为：将聚丙烯腈加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，80℃下搅拌30min至完全溶解，加入所述SnO2/C纳米球前驱体，搅拌30min，得到所述第二溶液。4.如权利要求3所述的锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二溶液中，所述聚丙烯腈的质量分数为1％
‑
30％，所述SnO2/C纳米球前驱体与所述聚丙烯腈的质量比值为0.1
‑
5。5.如权利要求1所述的锂离子电池负极纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述第三溶液的配制方法为：将聚乙烯吡咯烷酮加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，60℃下搅拌30min至聚乙烯吡咯烷酮全部溶解，再加入乙酰丙酮镍，继续搅拌30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文杰，秦显营，罗丹，李宝华，
申请(专利权)人：深圳石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：