【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料制备，尤其指一种分级多孔碳嵌载sn复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着社会的快速发展，石油、天然气和煤等传统能源的资源日益减少，同时传统能源消耗带来的环境污染问题日益严重。新能源的开发与利用是实现可持续发展、保护人类赖以生存的自然环境与自然资源的一种重要途径。新能源开发利用的难点在于收集、储存与转换，电化学能源储能与转化技术（电池、超级电容器等）能有效解决这些问题。锂离子电池因其绿色低碳、高效储能、无记忆效应等特性可以有效化解化石能源带来的危机，而得到大力发展和广泛应用。
2、负极材料在电池中起到能量的储存和释放作用，是电池中重要的组成部分，负极材料的优劣会直接的影响到电池性能的发挥。目前市场主流的负极材料石墨的理论容量偏低（372 mah g-1），难以满足锂离子电池未来的快速发展和广泛应用。因此，寻找开发高能量密度和高性能的负极材料是锂离子电池发展的重要需求。
3、金属sn具有丰富的地壳储量、优异的导电性和较高的理论容量（993 mah g-1）等优势，被认为是最有希望替代商品级石墨负极材料的候选材料之一。然而，在充放电过程中负极上发生的锂离子嵌入/脱嵌行为会使sn产生严重的体积膨胀，从而引起电极材料的粉化脱落导致电池循环寿命、容量等电化学性能下降。这一问题很大程度上制约了sn作为锂离子电池负极材料的实际应用。此外，sn负极材料在储能反应中伴随会产生sei膜成型、多级sn-li相生成的过程，该过程不但降低了负极材料的本征电导率及反应动力学效率，还会造成严重的容量不可逆
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，以提升所制得的负极材料结构的稳定性，减缓储能体积效应的影响，从而提升储能性能。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、（1）构筑前驱体：将高分子有机物和锡盐按先后顺序分别分散并溶解在n,n-二甲基甲酰胺（dmf）中并连续加热搅拌，形成混合液，将混合液置入到去离子水中，过滤得到具有高分子分级多孔骨架的锡源前驱体材料。
4、（2）碳化及还原处理：对锡源前驱体材料进行热处理，以使得锡源前驱体材料中的高分子分级多孔骨架被碳化，并使得锡盐被还原为金属sn，从而得到分级多孔碳嵌载sn复合材料。
5、优选地，在步骤（1）中，所述高分子有机物为热塑性高分子有机物，选用为聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、聚丙烯腈（pan）中的一种或两种的组合，所述混合液中的n,n-二甲基甲酰胺的含量为80 wt%。
6、其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量介于100~150万之间；所述聚丙烯腈的分子量介于5~10万之间。
7、优选地，所述锡盐为含有sn元素的有机盐或无机盐，例如sncl4或c4h6o4sn或snso4。
8、更优选地，在步骤（1）中，形成混合液后使其冷却至室温再缓慢逐滴加入到去离子水中发生相分离，过滤，并进行冷冻干燥以对所得的具有高分子分级多孔骨架的锡源前驱体材料定形，从而避免锡源前驱体材料在后续制备过程中发生结构损伤破坏。其中，相分离的具体方式是：先将高分子组分（聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的一种或两种的组合）加入dmf中形成具有一定粘滞力的混合液，以保证后续加入的sn盐能够均匀的分散或溶解于混合液中，当混合液滴入去离子水中，借助dmf在水中的强溶解性，迫使较低水溶性的前驱体组分析出，形成分级多孔结构。
9、更优选地，在步骤（1）中，加热搅拌的方式为：以80 ℃的水浴加热温度搅拌40min。
10、更优选地，在步骤（2）中，碳化及还原处理时的气氛为氩气和氢气的混合气体，热处理的温度为700 ℃，升温速率为3℃ /min，保温时间为4小时。
11、另外，本专利技术还提供一种分级多孔碳嵌载sn复合材料，其采用上述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法制备得到。
12、此外，本专利技术还提供一种上述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的应用，具体来说，所述分级多孔碳嵌载sn复合材料可应用于锂离子电池负极材料或钠离子电池负极材料。
13、本专利技术所提供的分级多孔碳嵌载sn复合材料能够在锂离子电池体系中起到良好的增益效果，其中大孔结构可促进电解液在电极材料内的扩散，提高润湿性；中孔结构可缩短离子向电极材料上活性部位的扩散距离；微孔结构可增加电极材料的活性位点和离子吸附能力。
14、与现有技术相比，本专利技术的分级多孔碳嵌载sn复合材料中的金属sn本身具备优异的电子电导率，碳化后材料的电导率得到进一步的强化，再通过其独特的发达的孔隙结构，不但能缩短li+的扩散路径，加速离子的快速迁移，而且还能有效缓冲sn负极材料充放电过程中产生的体积膨胀，减缓储能体积效应的影响。此外，多孔的碳组分增大了材料的比表面积，可以使电解液充分浸润，保证电化学反应的高效进行，从而提升sn负极材料的电化学性能。这种复合材料能够促进电化学反应的高效进行，对实现负极材料高首圈库伦效率及可逆容量起到积极作用，能够实现高效的反应动力学特征，强化储能活性，进而保证负极材料具备良好的储能性能。
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1.一种分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述高分子有机物为热塑性高分子有机物，选用为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的一种或两种的组合，所述混合液中的N,N-二甲基甲酰胺的含量为80 wt%。
3.根据权利要求2所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量介于100~150万之间；所述聚丙烯腈的分子量介于5~10万之间。
4.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述锡盐为含有Sn元素的有机盐或无机盐。
5.根据权利要求4所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述锡盐为SnCl4或C4H6O4Sn或SnSO4。
6.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，形成混合液后使其冷却至室温再缓慢逐滴加入到去离子水中发生相分离，过滤，并进行冷冻干燥以对所得的具有高分子分级多孔骨架的锡
7.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，加热搅拌的方式为：以80℃的水浴加热温度搅拌40 min。
8.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，碳化及还原处理时的气氛为氩气和氢气的混合气体，热处理的温度为700℃，升温速率为3℃ /min，保温时间为4小时。
9.一种分级多孔碳嵌载Sn复合材料，其特征在于：采用权利要求1-8中任一项所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的制备方法制备得到。
10.一种权利要求9所述的分级多孔碳嵌载Sn复合材料的应用，其特征在于：所述分级多孔碳嵌载Sn复合材料应用于锂离子电池负极材料或钠离子电池负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述高分子有机物为热塑性高分子有机物，选用为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的一种或两种的组合，所述混合液中的n,n-二甲基甲酰胺的含量为80 wt%。
3.根据权利要求2所述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量介于100~150万之间；所述聚丙烯腈的分子量介于5~10万之间。
4.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述锡盐为含有sn元素的有机盐或无机盐。
5.根据权利要求4所述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其特征在于：所述锡盐为sncl4或c4h6o4sn或snso4。
6.根据权利要求1所述的分级多孔碳嵌载sn复合材料的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵风君，刘天浩，陈清，周佩凡，张瑾惠，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：
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