中空骨架多孔锡酸钴材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法，包括以下步骤：1)、溶胶配制：在无水乙醇和甘油组成的混合溶液中，加入无水氯化钴和二水氯化亚锡均匀搅拌；然后加入聚丙烯酸均匀搅拌；接着，于剧烈搅拌的条件下，缓慢加入环氧丙烷，从而形成凝胶块体；2)、凝胶老化；3)、溶剂置换；4)、将步骤3)所得的溶剂置换后的凝胶块体进行干燥；5)、热处理：于空气或惰性气体氛围下，将步骤4)得到的干凝胶升温至300～750℃进行热处理1～5h，得到中空骨架多孔锡酸钴材料。本发明专利技术得到的材料具有中空骨架的多孔结构，作为锂离子电池负极时表现出良好的电化学性能：高容量、高倍率性能和高循环稳定性。高倍率性能和高循环稳定性。高倍率性能和高循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
中空骨架多孔锡酸钴材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池制备
，尤其涉及一种中空骨架多孔锡酸钴材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，可充电电池作为便携式储能和供能设备引起了人们的极大关注。锂离子电池(LIB)以其高能量密度和稳定的循环性能成为研究非常广泛的电池技术。锡基材料具有理论比容量高达990mAh
·
g
‑1、可加工性好、离子导电率高和快速充放电的性能，是高速大容量锂离子电池(LIB)的理想负极材料之一。
[0003]提高高倍率性能和长循环稳定性的最常用策略是适当地构造电极以缩短扩散长度，实现离子扩散短路径长度的一种特别有效的方式是使用多孔电极。
[0004]已有研究表明，锡酸钴与阶级多孔材料相结合是LiBs的理想候选材料，因为多孔结构可以促进电解质的渗透，提高活性物质的利用率，缩短离子扩散距离，并为循环过程中活性物质的体积变化提供空间，从而提高稳定性和导电性。
[0005]中国专利CN107224978A提出了一种羟基锡酸钴/石墨烯复合光催化剂的制备方法及其应用，采用在高温箱式炉中还原得到的石墨烯与CoSn(OH)6复合，再经离心、洗涤、烘干和研磨制备得到CoSn(OH)6/石墨烯复合光催化剂，但是石墨烯和羟基锡酸钴直接混合复合产率不高，产品产量低，不能满足工业化生产的需求。
[0006]中国专利CN112517021A提出了一种钴掺杂改性的二氧化锡催化剂、制备方法及其应用，采用将SnO2粉末分散在包含六水合硝酸钴和聚乙烯吡咯烷酮的溶液中蒸干，最后煅烧制得。但是所制备的材料只能实现钴的微量掺杂，对二氧化锡性能影响不大。
[0007]中国专利CN111540887A提出了一种碳包覆四氧化三钴与二氧化锡复合物锂电池材料及其制备方法，以乙酸钴、二乙酸二丁基锡、PVP在高电压条件下利用静电纺丝技术制备静电纺丝产品，然后分别再烧结得到一种碳包覆四氧化三钴与二氧化锡复合物锂电池材料，但是工艺流程复杂，产量低，不能满足工业化生产的需求。
[0008]中国专利CN103199219A提出了一种石墨烯
‑
锡酸钴
‑
四氧化三钴复合负极材料的制备方法，主要由硝酸锡、氢氧化钴、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇制备得到石墨烯
‑
锡酸钴
‑
四氧化三钴复合材料，所采取的工艺复杂，不够环保。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是提供一种中空骨架多孔锡酸钴材料及其制备方法，其作为锂离子电池负极时表现出良好的电化学性能。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)、溶胶配制：
[0012]在无水乙醇和甘油组成的混合溶液中，依次加入无水氯化钴(CoCl2)和二水氯化
亚锡(SnCl2·
2H2O)均匀搅拌；
[0013]然后加入(滴加)聚丙烯酸(PAA)，再于室温下均匀搅拌(搅拌30
±
10min)；
[0014]接着，于剧烈搅拌的条件下，缓慢加入环氧丙烷(PO)，从而形成凝胶块体(紫红色凝胶块体)；
[0015]每0.003mol二水氯化亚锡配用0.71～2.14g聚丙烯酸、1～3mL环氧丙烷；
[0016]无水氯化钴：二水氯化亚锡＝(2
±
0.5):1的摩尔比；
[0017]说明：PO缓慢加入的时间约为3～5分钟；缓慢加入环氧丙烷(PO)后，可以观察到溶胶
‑
凝胶转变过程迅速且强烈，在5min内可以形成紫红色凝胶块体；
[0018]2)、凝胶老化：
[0019]将得到的凝胶块体于60
±
10℃老化24
±
2h；
[0020]3)、溶剂置换：
[0021]将步骤2)所得的老化后的凝胶块体于60
±
10℃用乙醇浸泡进行溶剂置换；
[0022]4)、将步骤3)所得的溶剂置换后的凝胶块体进行干燥；
[0023]5)、热处理：
[0024]于空气或惰性气体(例如氩气)氛围下，将步骤4)得到的干凝胶升温至300～750℃进行热处理，热处理时间为1～5h，得到中空骨架多孔锡酸钴材料(晶态Co2SnO4)。
[0025]说明：空气氛围为优选。
[0026]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的改进：
[0027]所述步骤5)的升温速度为2
±
0.5℃
·
min
‑1。
[0028]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的进一步改进：
[0029]所述步骤3)的溶剂置换共进行3次，每次24h。
[0030]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的进一步改进：
[0031]所述步骤1)的混合溶液中，
[0032]无水乙醇：甘油＝(0.9
±
0.1):1的体积比。
[0033]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的进一步改进：
[0034]所述步骤1)中，
[0035]每0.003mol二水氯化亚锡配用1.9～5.7ml的混合溶液。
[0036]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的进一步改进：
[0037]所述步骤4)的干燥(常压干燥)为于60
±
10℃下干燥48
±
2h。
[0038]作为本专利技术的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法的进一步改进：
[0039]所述步骤1)中：
[0040]由1.82mL无水乙醇和2mL甘油组成的混合溶液，二水氯化亚锡的用量为0.003mol，无水氯化钴的用量为0.006mol，聚丙烯酸的用量为1.43g，环氧丙烷的用量为1.88mL；
[0041]所述步骤5)的热处理温度为550℃、热处理时间为2h。
[0042]本专利技术还同时提供了利用上述方法制备而得的中空骨架多孔锡酸钴材料。
[0043]本专利技术还提供了中空骨架多孔锡酸钴材料的用途，该材料能作为锂离子电池负极材料。
[0044]本专利技术具有如下技术优势：
[0045]1、本专利技术所述的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法，首先以钴源(CoCl2)、锡源
(SnCl2)、相分离剂(PAA)和凝胶促进剂(PO)为前驱体，采用溶胶
‑
凝胶法结合相分离制备了钴锡氢氧化物凝胶：在溶液中随着Co
2+
、Sn
2+
水解聚合反应的进行，当溶胶
‑
凝胶体系的组成位于调幅曲线内时，发生调幅分解，如果此时组成位于溶胶
‑
凝胶转变期间的临界组成(自由能组成曲线的最大值)附近，则由两个相互连接的相组成的共连续结构在凝胶中“冻结”。在这种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)、溶胶配制：在无水乙醇和甘油组成的混合溶液中，依次加入无水氯化钴和二水氯化亚锡均匀搅拌；然后加入聚丙烯酸，均匀搅拌；接着，于剧烈搅拌的条件下，缓慢加入环氧丙烷，从而形成凝胶块体；每0.003mol二水氯化亚锡配用0.71～2.14g聚丙烯酸、1～3mL环氧丙烷；无水氯化钴：二水氯化亚锡＝(2
±
0.5):1的摩尔比；2)、凝胶老化：将得到的凝胶块体于60
±
10℃老化24
±
2h；3)、溶剂置换：将步骤2)所得的老化后的凝胶块体于60
±
10℃用乙醇浸泡进行溶剂置换；4)、将步骤3)所得的溶剂置换后的凝胶块体进行干燥；5)、热处理：于空气或惰性气体氛围下，将步骤4)得到的干凝胶升温至300～750℃进行热处理，热处理时间为1～5h，得到中空骨架多孔锡酸钴材料。2.根据权利要求1所述的中空骨架多孔锡酸钴材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的升温速度为2
±
0.5℃
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min
‑1。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，王金田，单加琪，邹畅，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：