一种锡基合金负极活性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及负极材料领域，具体涉及一种锡基合金负极活性材料及其制备方法，用于解决现有的锡基合金为单一的两种金属的复合，仍然很难完全解决锡基负极材料存在的循环稳定性差的问题；锡基合金具有优良的导电性能，赋予其良好的电化学性能，添加氮硫共掺碳纳米纤维膜能缓冲了锡基合金的体积变化，阻止锡基合金纳米颗粒的团聚，从而提升其循环稳定性，而且氮元素和硫元素具有增加活性位点的效果，进一步的提升其电化学性能，最后在锡钴合金的表面上在包覆一层二氧化钛，二氧化钛在脱钠嵌钠的过程中只有较小的体变化，使其具有优异的循环稳定性

【技术实现步骤摘要】
一种锡基合金负极活性材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及负极材料领域，具体涉及一种锡基合金负极活性材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]与锂元素相比，钠元素资源分布更广泛，地壳中储量更丰富
。
同时，钠金属与锂金属具有类似的化学性质，因此，钠离子电池研发也受到越来越广泛的关注
。
合金类负极指可与金属钠发生合金化反应的一类物质，这类材料嵌
/
脱钠电位适中，且理论比容量较高
。
对于锡基负极材料而言，减缓或抑制嵌脱钠时产生的巨大体积变化，实现结构稳定性从而提高循环稳定性，已成为当前急需解决的关键问题
。
[0003]为了抑制钠离子嵌入过程中材料的体积膨胀，而且近年来还涌现了不同种类的锡基合金材料，利用复合金属材料中，金属化合物中的一部分能够储钠且伴随体积膨胀，另一部分不参与反应，来缓冲反应物部分的体积膨胀，维持材料结构稳定，从而改善材料的循环性能
。
[0004]但是，目前锡基合金为单一的两种金属的复合，仍然很难完全解决锡基负极材料存在的循环稳定性差的问题，目前往往是几个策略结合在一起，综合提高其循环稳定性，因此，亟需一种锡基合金负极活性材料及其制备方法来解决以上问题
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种锡基合金负极活性材料及其制备方法：通过碳纳米管
、
聚丙烯腈粉末为原料静电纺丝形成纳米纤维膜，之后与尿素以及硫粉混合后进行煅烧，形成掺杂氮元素和硫元素的碳纳米纤维膜，之后钴离子和锡离子碱性条件下反应得到锡钴合金前驱体，之后再次在碱性条件下反应得到刻蚀锡钴合金前驱体，最后刻蚀锡钴合金前驱体高温还原形成锡钴合金，之后在锡钴合金外部包裹掺杂氟元素的二氧化钛，得到锡基合金负极活性材料，解决了现有的锡基合金为单一的两种金属的复合，仍然很难完全解决锡基负极材料存在的循环稳定性差的问题
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种锡基合金负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
s1
：将碳纳米管
、
聚丙烯腈粉末以及
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器
、
温度计的三口烧瓶中，在温度为
60
‑
65℃
，搅拌速率为
400
‑
500r/min
的条件下搅拌反应5‑
6h
，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到纺丝液，将纺丝液静电纺丝，得到纳米纤维膜；
[0009]步骤
s2
：将纳米纤维膜
、
尿素以及硫粉混合均匀，之后加入至管式炉中，通入氩气保护，在升温速率为2‑
3℃/min
的条件下升温至
300
‑
310℃
条件下煅烧
10
‑
15min
，之后在升温速率为3‑
5℃/min
的条件下升温至
750
‑
760℃
条件下煅烧1‑
1.5h
，之后在升温速率为1‑
2℃/min
的条件下升温至
820
‑
830℃
条件下煅烧1‑
1.5h
，之后随炉冷却，得到氮硫共掺碳纳米纤维膜；
[0010]步骤
s3
：将六水合氯化钴
、
二水合柠檬酸钠以及去离子水加入至安装有搅拌器
、
温
度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为
25
‑
30℃
，搅拌速率为
400
‑
500r/min
的条件下搅拌反应
20
‑
30min
，之后加入五水氯化锡
、
无水乙醇继续搅拌反应
20
‑
30min
，之后加入氮硫共掺碳纳米纤维膜继续搅拌反应5‑
10min
，之后边搅拌边逐滴加入氢氧化钠溶液，控制滴加速率为1‑2滴
/s
，滴加完毕后继续搅拌反应2‑
3h
，反应结束后将反应产物离心，将离心产物用蒸馏水洗涤3‑5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为
60
‑
65℃
的条件下干燥
10
‑
15h
，得到锡钴合金前驱体；
[0011]步骤
s4
：将锡钴合金前驱体
、
去离子水加入至安装有搅拌器
、
温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为
25
‑
30℃
，搅拌速率为
400
‑
500r/min
的条件下搅拌反应
20
‑
30min
，之后边搅拌边逐滴加入氢氧化钠溶液，控制滴加速率为1‑2滴
/s
，滴加完毕后继续搅拌反应
10
‑
15min
，反应结束后将反应产物离心，将离心产物用蒸馏水洗涤3‑5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为
60
‑
65℃
的条件下干燥8‑
10h
，得到刻蚀锡钴合金前驱体；
[0012]步骤
s5
：将刻蚀锡钴合金前驱体加入至管式炉中，通入氩气
、
氢气混合气体，在升温速率为2‑
3℃/min
的条件下升温至
750
‑
760℃
条件下煅烧2‑
3h
，之后随炉冷却，得到锡钴合金；
[0013]步骤
s6
：将锡钴合金
、
氢氟酸以及去离子水加入至安装有搅拌器
、
温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为
25
‑
30℃
，搅拌速率为
400
‑
500r/min
的条件下搅拌反应5‑
10min
，之后边搅拌边逐滴加入钛酸四丁酯，控制滴加速率为1‑2滴
/s
，滴加完毕后继续搅拌反应
30
‑
50min
，之后升温至
160
‑
165℃
的条件下继续搅拌反应
20
‑
30h
，反应结束后将反应产物离心，将离心产物用蒸馏水洗涤3‑5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为
60
‑
65℃
的条件下干燥8‑
10h
，得到锡基合金负极活性材料
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锡基合金负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
s1
：将碳纳米管
、
聚丙烯腈粉末以及
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，得到纺丝液，将纺丝液静电纺丝，得到纳米纤维膜；步骤
s2
：将纳米纤维膜
、
尿素以及硫粉混合均匀，之后加入至管式炉中，通入氩气并煅烧，之后随炉冷却，得到氮硫共掺碳纳米纤维膜；步骤
s3
：将六水合氯化钴
、
二水合柠檬酸钠以及去离子水加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后加入五水氯化锡
、
无水乙醇以及氮硫共掺碳纳米纤维膜继续搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入氢氧化钠溶液，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物离心，将离心产物洗涤
、
干燥，得到锡钴合金前驱体；步骤
s4
：将锡钴合金前驱体
、
去离子水加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入氢氧化钠溶液，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物离心，将离心产物洗涤
、
干燥，得到刻蚀锡钴合金前驱体；步骤
s5
：将刻蚀锡钴合金前驱体加入至管式炉中，通入氩气
、
氢气并煅烧，之后随炉冷却，得到锡钴合金；步骤
s6
：将锡钴合金
、
氢氟酸以及去离子水加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入钛酸四丁酯，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物离心，将离心产物洗涤
、
干燥，得到锡基合金负极活性材料
。2.
根据权利要求1所述的一种锡基合金负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤
s1
中的所述碳纳米管
、
聚丙烯腈粉末以及
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺的用量比为1‑
1.5g
：
10
‑
15g
：
80
‑
90g。3.
根据权利要求1所述的一种锡基合金负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤
s2
中的所述纳米纤维膜
、
尿素以及硫粉的用量比为
2g
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟民，康书文，邹嘉逸，
申请(专利权)人：江苏传艺钠电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：