一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法，该方法以氯化钠为模板，将碳源的水溶液与锡盐的水溶液混合后在水浴环境中通过溶剂蒸发形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶；然后利用真空干燥箱使粘稠热熔胶在负压状态下迅速的膨化和固化，再高温热解碳化，水洗去除模板，干燥获得了蜂窝状多孔锡碳复合材料，该复合材料具有分级多孔结构，孔隙率高、均匀性好、比表面积大，纳米锡颗粒尺寸均匀，分散性高，与碳材料结合紧密等优点，可应用于锂离子电池、燃料电池、催化剂等领域。本发明专利技术制备工艺简单，条件温和无污染，对设备要求低，易于产业化生产。业化生产。业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电池材料
，尤其涉及一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电池负极材料中，石墨类碳材料以其储量丰富，价格便宜，导电性好等优点，一直是负极材料的主要类型，被广泛地应用到便携式消费电子器件中。但近年来，随着新能源电动汽车的异军突起，传统的石墨类负极材料因理论比容量偏低(仅有372mAh g
‑
1)等缺点，较大地阻碍了锂离子动力电池在能量密度和功率密度方面的提升。因此，开发新的高比容量、长循环寿命的负极材料变得十分关键。
[0003]在众多的锂离子电池负极材料中，锡基材料由于能够在较低的电位下与锂离子通过氧化还原反应形成合金而具有较高的理论比容量，被认为是一类极具应用潜力的锂离子电池负极材料。但这类材料在充放电过程中存在严重的体积变化(可达260％)，会造成主体材料粉化破碎甚至从集流体剥离，从而导致电池的容量快速衰减，另外，此类材料的导电性较差，存在严重的电压滞后和极化现象，影响了其电化学储锂性能。
[0004]针对锡基材料体积变化剧烈的缺点，人们通常将主体材料的尺寸减小至微纳米级，形成合理的材料结构，在提高材料电化学反应活性的同时，确保材料结构的稳定，从而提高电极的循环性能。针对导电性差的缺点，通常与导电性较好的轻质辅助材料进行复合，改善主体材料的导电性，进而改善电极的电化学性能。基于此，本专利技术采用简单的模板法，制备了由锡纳米颗粒嵌入碳层的三维蜂窝状多孔结构的复合材料，可用作锂离子电池负极材料。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中指出的不足，本专利技术提供了一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法，旨在解决上述
技术介绍
中现有技术存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)将碳源加入去离子水中，水浴环境中不断搅拌至完全溶解，然后加入适量氯化钠，继续搅拌至完全溶解，记为溶液A；
[0009](2)将锡盐加入去离子水中，不断搅拌形成均匀的溶液，记为溶液B；
[0010](3)将所述溶液B与溶液A混合，在水浴环境中继续搅拌，直至水分蒸发并形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶；
[0011](4)将所述粘稠热溶胶快速置入已升温的真空干燥箱中，在负压状态下粘稠热溶胶迅速的膨化和固化，并在90
‑
120℃下保持8
‑
20小时，得到氯化钠
‑
碳源
‑
锡盐的前驱体；
[0012](5)将所述前驱体置于管式炉中，在惰性气体氛围下以2～10℃/Min的升温速率升温至400
‑
600℃，高温碳化2
‑
4小时，得到黑色粉体材料，然后洗涤去除氯化钠模板，干燥后
得到蜂窝状多孔锡碳复合材料。
[0013]优选地，所述碳源为聚乙烯醇，所述氯化钠与聚乙烯醇的质量比为(0.5～3):1。
[0014]优选地，步骤(1)和(3)中，所述水浴温度为80
‑
100℃。
[0015]优选地，所述锡盐为氯化锡、氯化亚锡、乙酸锡中的一种，为了使最终制备的锡碳复合材料在电化学循环过程中保持基底碳的网状结构，同时复合电极整体又具有较高的容量，经实验测试，锡盐与聚乙烯醇的质量比以(1～3):1为最佳。如果锡含量太高，在电化学循环过程中体积膨胀巨大，有可能破坏基底碳的网状结构，甚至直接从集流体脱落而失去活性。但如果锡含量太低，复合电极整体的容量又偏低，因此，本技术中锡盐与聚乙烯醇的最佳质量比可选择(1～3):1。
[0016]本专利技术将含碳和含锡两种溶液的混合液先经水浴蒸发形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶，然后利用真空干燥箱抽真空而形成的负压将热熔胶中已产生大量气泡的黏状物抽到蓬松的状态，最终获得蓬松多孔结构的锡碳复合材料，该锡碳复合材料可用于锂离子电池、燃料电池、催化剂等领域。
[0017]相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术制备的蜂窝状多孔锡碳复合材料具有分级多孔结构，孔隙率高、均匀性好、比表面积大，纳米锡颗粒尺寸均匀，分散性高，与碳材料结合紧密。制备工艺条件温和无污染，对设备要求低，操作简单，可大批量生产。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1制备的碳材料的SEM图。
[0020]图2是本专利技术实施例1制备的锡碳复合材料的SEM图。
[0021]图3是本专利技术实施例1制备的负极材料在0.5A
·
g
‑1电流密度下的循环性能对比图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]实施例1
[0024]制备锡碳复合材料：
[0025](1)将1g聚乙烯醇加入烧杯中，并加入70mL去离子水中，在90℃的水浴环境中不断搅拌至完全溶解，然后加入1g氯化钠，继续搅拌至完全溶解，记为溶液A。
[0026](2)将1g氯化亚锡加入30mL去离子水中，不断搅拌形成均匀的溶液，记为溶液B。
[0027](3)将溶液B与溶液A混合，在90℃水浴环境中继续搅拌，直至水分蒸发并形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶。
[0028](4)将粘稠热溶胶快速置入已升温的真空干燥箱中，在负压状态下粘稠热溶胶迅速的膨化和固化，并在100℃下保持12小时，得到氯化钠
‑
PVA
‑
锡盐的前驱体。
[0029](5)将前驱体置于管式炉中，在惰性气体氛围下以5℃/Min的升温速率升温至500℃，高温碳化2小时，得到黑色粉体材料。
[0030](6)将黑色粉体材料放入真空抽滤瓶，用去离子水多次抽滤洗涤，除去氯化钠模
板，放置在鼓风干燥箱60℃下保持12小时，得到锡碳复合材料。
[0031]为分析上述锡碳复合材料中锡颗粒的分散情况及与碳材料的结合程度，进行了对比实验，方法为：(1)将1g聚乙烯醇加入烧杯中，并加入70mL去离子水中，在90℃的水浴环境中不断搅拌至完全溶解，然后加入1g氯化钠，在90℃水浴环境中继续搅拌，直至水分蒸发并形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶。后续步骤与锡碳复合材料制备中步骤(4)
‑
(6)相同，得到相应的碳材料。
[0032]将对比实验制备的碳材料与实施例1制备的锡碳复合材料进行SEM测试，结果分别如图1和2所示，图中(a)
‑
(c)为不同的放大倍数。由图1可知，制备的碳材料具有蜂窝状蓬松多孔结构；由图2可知，制备的锡碳复合材料仍然保持了蜂窝状蓬松多孔结构，锡颗粒呈均匀纳米级尺寸，高度分散于多孔结构中，与碳材料结合紧密。对所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状多孔锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳源加入去离子水中，水浴环境中不断搅拌至完全溶解，然后加入适量氯化钠，继续搅拌至完全溶解，记为溶液A；(2)将锡盐加入去离子水中，不断搅拌形成均匀的溶液，记为溶液B；(3)将所述溶液B与溶液A混合，在水浴环境中继续搅拌，直至水分蒸发并形成含有许多小气泡的粘稠热熔胶；(4)将所述粘稠热溶胶快速置入已升温的真空干燥箱中，在负压状态下粘稠热溶胶迅速的膨化和固化，并在90
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120℃下保持8
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20小时，得到氯化钠
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碳源
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锡盐的前驱体；(5)将所述前驱体置于管式炉中，在惰性气体氛围下以2～10℃/Min的升温速率升温至400
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600℃，高温碳化2
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【专利技术属性】
技术研发人员：后小毅，李越男，贺英，
申请(专利权)人：青海师范大学，
类型：发明
国别省市：