一种SnSe/SnO2@C复合物及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种SnSe/SnO2@C复合物及制备方法和应用，属于储能材料制备技术领域，以乙二醇或甘油作为溶剂，将无机锡盐作为Sn

【技术实现步骤摘要】
一种SnSe/SnO2@C复合物及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储能材料制备
，具体涉及一种SnSe/SnO2@C复合物及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年，人类对化石能源的频繁过度使用致使了能源、资源与环境危机，对人类社会的可持续性发展产生了严峻的影响，传统的化石能源如煤、石油、天然气等为人类社会提供了最主要的能源资源，但化石能源的匮乏及燃烧产生的生态环境问题带动了可再生资源的成长，而可再生资源具有的不稳定性进一步推动了大规模储能设备的发展。所以，开发一种储量高、能效高且环境污染较小的新型的储能材料是极其有必要的。据了解，现阶段的储能技术主要包括两种：物理类储能和电化学储能。电化学类储能相比物理类储能，有着应用效率高、运用灵活简便和安全性能好等优势，现如今的流行能源有超级电容器、一次电池和二次离子电池等，尤其是锂离子电池和钾离子电池的探究运用潜力最大。
[0003]在现如今便携式电子设备和新能源汽车迅速发展和运用的大环境下，我们人类对出行随身携带的电子设备的工作电源和移动设备的储能电池有着更高的应用要求，必须满足可反复充放电、夯实密度大、能量密度大、工作电压高、循环寿命长、安全高效等要求，而锂离子电池由于有着上述优势被普遍使用。但锂元素在地壳中的存储不足，且价格较高，不利于大规模生产应用。钾与锂处在同一主族且化学特性类似，钾元素在地层中的储量丰富，便于得到，除此以外对自然环境友好，因此钾离子电池被认为有很大的潜力。但在钾离子电池中,钾金属负极较低的理论比容量以及钾枝晶会造成安全隐患，较大程度上局限了钾金属作为负极材料的商业化运用。锂离子电池中一般选择商业化的石墨材料，但因其有较小的层间距，不适合用在钾离子电池的负极材料中，因此开发一种高性能储钾负极材料尤为关键。硒化物纳米材料因其具有较好的光电性质和优良的结构稳定性，慢慢走入了大众的视野。硒化锡作为合金类负极材料的一种，具有极大的发展潜力。但SnSe作为钾离子电池负极材料的研究比较少，因此，SnSe作为钾离子电池负极材料来开展研究是极为有必要的。
[0004]但是硒化锡基负极材料存在一些问题：(I)在钾离子脱嵌的过程中电极会发生巨大的体积变化，(II)硒化锡作为钾离子电池负极，与钾离子的第一步电化学反应不可逆，造成了比较大的不可逆容量，使这类材料库伦效率降低，这极大地影响了这类材料在实际中的应用。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种SnSe/SnO2@C复合物及制备方法和应用，解决现有技术中硒化锡基负极材料在钾离子电池中应用时存在的离子/电子迁移和脱嵌速率低，不可逆容量大以及库伦效率低的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将无机锡盐加入到乙二醇或甘油中，超声分散均匀后，加入表面活性物质至完全溶解，得到溶液A；然后将硒粉加入到还原性溶剂中，搅拌至完全溶解得到溶液B；将溶液B逐滴加入溶液A中，搅拌均匀，得到混合溶液C；
[0009]2)将混合溶液C超声分散后，先水热反应，冷却至室温，离心，洗涤，冷冻干燥后得到SnSe/SnO2复合粉体，将SnSe/SnO2复合粉体与2
‑
甲基咪唑混合研磨均匀后，然后进行热处理，冷却至室温，得到SnSe/SnO2@C复合物。
[0010]优化地，步骤1)中，所述无机锡盐：表面活性物质：硒粉的质量比为(1.1～3.26)：(0.092～0.92)：(0.083～0.972)。
[0011]优化地，步骤2)中，所述SnSe/SnO2复合粉体与2
‑
甲基咪唑混合比例为(10：1～1：1)。
[0012]优化地，步骤2)中，所述水热反应的条件为120～200℃下反应10～20h。
[0013]优化地，步骤2)中，所述冷冻干燥的温度为
‑
30℃～
‑
40℃，时间为10h～12h；所述热处理的条件为300～800℃下热处理2～5h。
[0014]优化地，步骤2)中，所述热处理是在氩气气氛中进行，热处理的条件为先升温至300～800℃，然后在300～800℃保温2～5h，随后经过10～40min降温至100～300℃。
[0015]优化地，步骤1)中，所述搅拌速度为200～500r/min。
[0016]优化地，步骤1)中，所述无机锡盐为SnCl2·
2H2O或SnCl4·
5H2O；所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸和油酸中的任意一种；所述还原性溶剂为乙二胺、三乙醇胺、水合肼和硼氢化钾水溶液中的任意一种。
[0017]本专利技术还公开了上述的制备方法制得的SnSe/SnO2@C复合物。
[0018]本专利技术还公开了上述SnSe/SnO2@C复合物在制备钾离子电池负极材料中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开了一种SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，将无机锡盐作为Sn
2+
源；用还原性溶剂将硒粉还原为Se2‑
，Sn
2+
与Se2‑
反应生成SnSe，SnSe是一种双原子层晶体结构的窄带隙半导体材料，其带隙接近于传统半导体材料Si，它的能隙大约为0.9eV，在紫外光、可见光以及近红外光区域都有很强的吸收；通过加入过量的Sn
2+
源，在Sn
2+
与Se2‑
反应生成SnSe的同时，过量的Sn
2+
还会生成SnO2，SnO2是一种潜在的能源材料，它具有高的化学稳定性、热稳定性、高的光催化活性、气敏性、高的发光性质和低的电荷转移阻抗；采用简单的溶剂热法，将SnSe与SnO2复合之后形成异质结构，异质结构的界面可以提供短而直的电荷路径和丰富的活性位点，从而加速离子/电子的迁移和脱嵌，大大提高了SnSe的导电性，SnSe与SnO2的大功函数差，使得SnSe/SnO2复合材料的晶格能够形成相对较大的内部电场，有效增强了SnSe/SnO2内部的电子输运，SnSe/SnO2复合结构能够有效增强钾离子在钾离子电池中的传输速率，对钾离子电池性能改善有重要的意义。将SnSe与SnO2复合，两者协同可以提高电极材料的电化学性能，通过加入2
‑
甲基咪唑，混合热处理，对SnSe/SnO2进行包覆碳，使制得的SnSe/SnO2@C复合物拥有更强的结构稳定性、导电性以及电化学性能，且可有效缓解体积膨胀。。制备工艺简单，重复性高，制备周期短，反应温度低，降低了能耗和生产成本，适合大规模生产制备。
[0021]进一步地，通过控制各前驱物的含量、添加剂的含量、反应温度、反应时间等，可以很好的调控产物的形貌、尺寸，并成功制备出SnSe/SnO2@C复合材料，在钾离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将无机锡盐加入到乙二醇或甘油中，超声分散均匀后，加入表面活性物质至完全溶解，得到溶液A；然后将硒粉加入到还原性溶剂中，搅拌至完全溶解得到溶液B；将溶液B逐滴加入溶液A中，搅拌均匀，得到混合溶液C；2)将混合溶液C超声分散后，先水热反应，冷却至室温，离心，洗涤，冷冻干燥后得到SnSe/SnO2复合粉体，将SnSe/SnO2复合粉体与2
‑
甲基咪唑混合研磨均匀后，然后进行热处理，冷却至室温，得到SnSe/SnO2@C复合物。2.根据权利要求1所述的SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述无机锡盐：表面活性物质：硒粉的质量比为(1.1～3.26)：(0.092～0.92)：(0.083～0.972)。3.根据权利要求1所述的SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述SnSe/SnO2复合粉体与2
‑
甲基咪唑混合比例为(10：1～1：1)。4.根据权利要求1所述的SnSe/SnO2@C复合物的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述水热反应的条件为120～200℃下反应10～20h。5.根据权利要求1所述的SnSe...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，王芳敏，曹丽云，李嘉胤，王怡婷，姬宇，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：