一种硒化锡-氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法、锂离子电池负极极片和锂离子电池技术

本发明专利技术公开一种硒化锡

【技术实现步骤摘要】
一种硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法、锂离子电池负极极片和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是一种硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法、锂离子电池负极极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]可充电的锂离子电池是具有体积小、质量轻、能量密度高、循环寿命长、安全性能好、自放电小和可快速充放电等优异的性能，在新能源汽车以及各种便携式电子产品等储能装置中得到了广泛应用。
[0003]现阶段，对于锂离子电池的研究主要集中于提高锂离子电池的能量密度、循环稳定性以及使用寿命，而锂离子电池的负极材料是极为关键的因素之一。目前商业化的锂离子电池的负极材料基本都采用的是石墨。但是，石墨作为锂离子电池负极材料，其理论比容量仅有372mAh
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g
‑1，导致锂离子电池的能量密度比较低。而且石墨的脱嵌锂电位比较低，易析出锂枝晶，应用时存在较大的安全隐患。随着近年来对锂离子电池的能量密度的要求越来越高，石墨负极已经无法满足高比能量锂离子电池的发展需求。因此探索开发新型高容量负极材料成为了迫切的需求。
[0004]金属硒化物材料具有理论比容量高、成本低等优点，是一类非常有应用前景的下一代锂离子电池负极材料。其中，SnSe由于其特殊的层状晶体结构及其较高的导电性，可以作为锂离子电池的负极材料，其理论比容量可达到1000mAh
·
g
‑1，这使得SnSe在电化学储能方面具有潜在的优势及应用前景。但是SnSe负极材料也存在缺点，其在充放电过程中体积会产生巨大的变化，导致电极结构及表面固体电解质界面膜被破坏，电极的容量和循环性能快速衰减。此外，SnSe的充放电中间产物Li2Se的导电性差，阻碍了电荷的传输，导致SnSe的电化学反应活性较低，影响了SnSe的存储容量及稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料及其制备方法、锂离子电池负极极片和锂离子电池，用于克服现有技术中锂离子电池负极材料比容量低、倍率性能差和循环寿命短等缺陷。
[0006]为实现上述目的，本专利技术还提出一种硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：称取锰盐和铵盐，分别配置成水溶液，然后将铵盐溶液倒入锰盐溶液中，充分搅拌，反应釜内加热反应，得到MnO2纳米线；
[0008]S2：将所述MnO2纳米线分散于水和乙醇的混合溶液中，分别滴加尿素水溶液和锡酸盐水溶液，充分搅拌，反应釜内加热反应，得到MnO2@SnO2(二氧化锡包覆二氧化锰)纳米线缆；
[0009]S3：将所述MnO2@SnO2纳米线缆分散在三羟甲基氨基甲烷水溶液中，加入盐酸多巴
胺，充分搅拌，离心分离，得到MnO2@SnO2@PDA(聚多巴胺包覆的MnO2@SnO2)纳米线缆；
[0010]S4：将所述MnO2@SnO2@PDA纳米线缆分散于草酸溶液中，静置，离心分离，得到SnO2@PDA(聚多巴胺包覆二氧化锡)纳米管；
[0011]S5：按质量比将所述SnO2@PDA纳米管和Se粉研磨混合，在H2/Ar的混合气氛下焙烧，得到硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料(SnSe@NCNTs)。
[0012]为实现上述目的，本专利技术还提出一种硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料，所述硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料由上述所述的制备方法制备得到。
[0013]为实现上述目的，本专利技术还提出一种锂离子电池负极极片，所述负极极片由质量比为80:10:10的负极材料、超导碳、粘结剂组成，所述负极材料为上述所述的硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法制备得到的硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料或者上述所述的硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料。
[0014]为实现上述目的，本专利技术还提出一种锂离子电池，所述锂离子电池主要由负极极片、电解液、隔膜和金属锂片组成，所述负极极片为上述所述的锂离子电池负极极片。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0016]1、本专利技术提供的硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，首先选择锰盐和铵盐为原料得到MnO2纳米线，为硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料的形成提供模板；然后将MnO2纳米线分散于水和乙醇的混合溶液中，采用滴加的方式依次将尿素水溶液和锡酸盐水溶液加入MnO2纳米线分散液中得到二氧化锡包覆二氧化锰(MnO2@SnO2)纳米线缆；将MnO2@SnO2纳米线缆分散于三羟甲基氨基甲烷水溶液中，得到聚多巴胺(PDA)包覆的MnO2@SnO2纳米线缆(MnO2@SnO2@PDA)；再将MnO2@SnO2@PDA纳米线缆分散于草酸水溶液中，目的是将MnO2刻蚀去除，得到具有中空结构的聚多巴胺包覆二氧化锡(SnO2@PDA)纳米管；最后将PDA@SnO2纳米管与硒粉混合，通过焙烧使聚多巴胺分解、碳化形成氮掺杂碳纳米管，同时二氧化锡与硒粉在高温下反应形成硒化锡(SnSe)，并使硒化锡分散在氮掺杂碳纳米管内部。本专利技术提供的制备方法环境友好无污染，制备获得的硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料性能优异。
[0017]2、本专利技术提供的硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料，氮掺杂碳纳米管的存在可显著提升硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的电子传导能力，同时具有中空结构的氮掺杂碳纳米管可显著缓冲硒化锡在充放电过程中体积的膨胀效应，从而提高硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的使用寿命；该硒化锡
‑
氮掺杂碳纳米管复合材料具有多孔结构，有利于Li
+
在界面处传导，这使得电解液能够充分进入硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的内部，从而提升该硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的倍率性能；该硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的碳纳米管内部分散有大量颗粒极小的硒化物，可显著提高硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的比容量。因此，本专利技术提供的硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料SnSe@NCNTs的比容量高、倍率性能优异、循环使用寿命长，可很好的应用于锂离子电池中。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0019]图1为实施例1中硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料SnSe@NCNTs的XRD图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硒化锡
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氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：称取锰盐和铵盐，分别配置成水溶液，然后将铵盐溶液倒入锰盐溶液中，充分搅拌，反应釜内加热反应，得到MnO2纳米线；S2：将所述MnO2纳米线分散于水和乙醇的混合溶液中，分别滴加尿素水溶液和锡酸盐水溶液，充分搅拌，反应釜内加热反应，得到MnO2@SnO2纳米线缆；S3：将所述MnO2@SnO2纳米线缆分散在三羟甲基氨基甲烷水溶液中，加入盐酸多巴胺，充分搅拌，离心分离，得到MnO2@SnO2@PDA纳米线缆；S4：将所述MnO2@SnO2@PDA纳米线缆分散于草酸溶液中，静置，离心分离，得到SnO2@PDA纳米管；S5：按质量比将所述SnO2@PDA纳米管和Se粉研磨混合，在H2/Ar的混合气氛下焙烧，得到硒化锡
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氮掺杂的碳纳米管复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述锰盐为硝酸锰Mn(NO3)2、氯化锰MnCl2、碳酸锰MnCO3、乙酸锰Mn(CH3COO)2、硫酸锰MnSO4、次磷酸锰Mn(PO2)2、高氯酸锰Mn(ClO4)2、高锰酸钾KMnO4和乙酰丙酮锰Mn[CH3COCH＝C(O)CH3]2中的至少一种；所述铵盐为硫酸铵(NH4)2SO4、碳酸铵(NH4)2CO3、硝酸铵NH4NO3、氟化铵NH4F、氯化铵NH4Cl、溴化铵NH4Br、碘化铵NH4I、碳酸氢铵NH4HCO3和硫酸氢铵NH4HSO4中的至少一种；所述锰盐溶液中锰盐浓度为0.02～0.05mol/L；所述铵盐溶液中铵盐浓度为0.02～0.05mol/L；所述加热反应的温度为160～220℃，时间为8～36h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合液为体积比1:1～1:3的水和乙醇的混合液；所述MnO2纳米线与混合溶液比例关系为100mg:20～40mL；所述加热反应的反应液中尿素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢威，郭青鹏，郑春满，陈宇方，李宇杰，王丹琴，王珲，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：