本发明专利技术属于纳米复合材料技术领域，具体涉及核壳结构SnO2@C空心纳米球的制备方法及其在锂离子电池中的应用，首先，以二氧化硅为模板，采用一步法合成高分散、粒径均一的空心SnO2纳米球。并以PAA为碳源，再在其上包覆碳层，制得核壳结构SnO2@C空心纳米球。以达到综合纳米颗粒的纳米分散对于SnO2体积膨胀的调节作用、空心结构对于因体积变化产生的内应力的吸收作用及碳包覆层对于二氧化锡颗粒的约束及缓冲作用的目的，应用于锂离子电池中，进而获得更高的电池容量、更好的循环稳定性能、更长的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米复合材料及其应用
,具体涉及一种SnO2OC空心纳米球的制备方法及其在锂离子电池中的应用。
技术介绍
锂离子电池以其具有充电速度快，循环寿命长，能量密度和工作电压高，安全无污染等优点，已广泛应用于各种便携式电子设备。随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，对锂离子电池也提出了更高的要求。就锂离子电池负极材料而言，目前商业化的碳材料存在比容量低、安全性能欠佳等问题，已不能满足新一代高比容量电池负极材料的需求。因此，如何用低电压、可嵌锂的化合物替代目前所用的碳材料，以提高锂离子电池的能量密度和安全性能是一个十分重要的课题。二氧化锡(SnO2)以其约为石墨两倍的高嵌锂容量，得到了研究者们的广泛关注，被认为是最有应用潜力的新型材料。但其循环性能较差，在充放电过程中体积变化较大，易引起电极的“粉化”或“团聚”，从而造成材料比容量衰减，循环性能下降(参考文献:W.Μ.Zhang, J.S.Huj Y.Q.Guoj et al.Tin-nanoparticIes encapsulated in elastichollow carbon spheres for high-performance anode material in lithium-1onbatteries.Adv.Mater.·2008，20，1160-1164.)。要想将 SnO2 广泛应用于锂离子电池阳极材料中，就必须减轻SnO2电极的“体积效应”。为了改善SnO2的循环性能，国内外研究人员做了大量的尝试。一种方法是对SnO2进行包覆改性，即将SnO2引入到某些不易发生体积变化的主体框架材料中，使活性中心小颗粒相互之间处于隔离状态，限制其在充放电过程中的体积变化。另一种方法就是减小材料尺寸，当SnO2颗粒为纳米级时，颗粒空隙间也为纳米尺寸，可为锂离子的嵌入提供了很好的纳米通道和嵌锂位置，具有大的嵌锂容量和良好的嵌锂性能，另外纳米化还可以更有效的减缓在充放电过程中带来的体积变化和团聚粉化问题，达到改善循环性能的目的(参考文献:Y.D.Wangj 1.0jerdjj B.Smarslyj et al.Antimony-Doped SnO2 Nanopowderswith High Crystallinity for Lithium-1on Battery Electrode.Chem.Mater.2009，21, 3202-3209.)。各种具有纳米尺寸的SnO2，例如纳米线(参考文献:M.S.Park, G.X.Wang, Y.M.Kang, et al.Preparation and electrochemical properties of SnO2nanowires for application in lithium-1on batteries.Angew.Chem.1nt.EcL 2007，46, 750-753.)，纳米颗粒(参考文献:A.Sivashanmugamj T.Premkumarj S.Gopukumarjet al.Synthesis and electrochemical behaviour of tin oxide for USe as anode inlithium rechargeable batteries, J.Appl.Electrochem.2005，35, 1045-1050.)和纳米管(参考文献:Y.Wang, J.Υ.Lee, H.C.Zengj Polycrystalline SnO2 nanotubesprepared via infiltration casting of nanocrystallites and their electrochemicalapplication.Chem.Mater.2005, 17, 3899-3903.)等作为锂离子电池材料表现出了很好的循环性能。但到目前为止，还没有文献和专利报道采用本文方法合成高分散、粒径均一的SnO2OC空心纳米球。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SnO2OC空心纳米球的制备方法及其在锂离子电池中的应用，使用该方法制备的SnO2OC复合锂离子电池负极材料具有分散性好、比表面积大、循环性能好、使用寿命长等特点。本专利技术SnO2OC空心纳米球的制备方法包括如下步骤: (I)在100 mL烧瓶中依次加入60 80 mL乙醇，3 4 mL氨水和I L3 mL水，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加2.0 3.0 mL正硅酸乙酯(TEOS)，20 °C恒温搅拌6 8 h。(2)将步骤(I)得到的溶液进行离心分离(7000 rpm，8 10 min)，再分别用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，所得沉淀在烘箱中50 80 °C烘干8 10 h，得到干燥二氧化娃纳米粒子。(3)将1.0 1.5 mg步骤(2)得到的二氧化硅纳米粒子分散在6 7 mL水和乙醇的混合溶液中(水和乙醇体积比为1:1)，然后分别将0.2 0.3 mL 0.2 M尿素(CH4N2O)和0.4 0.5 mL 0.08 M锡酸钠(Na2SnO3CH2O)添加到反应液中，磁力搅拌0.5 1.0 h。(4)将步骤(3)得 到的溶液转移到15 mL水热反应釜中，于170 °C烘箱中反应I 2ho自然冷却至室温,离心分离(7000 rpm,8 10 min),再分别用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，所得沉淀在烘箱中50 80 °C烘干8 10 h，既得到空心SnO2纳米粒子。(5)将4 6 mg步骤(4)得到的空心SnO2纳米粒子和8 12 mL去离子水加入到100 mL烧瓶中，超声分散10 20 min。(6)将60 100 μ 0.2 g/mL聚丙烯酸水溶液和90 150 μ 2 mol/L的氨水先后加入步骤(5)得到的溶液中，超声分散10 30 min。(7)在磁力搅拌下将90 120 mL异丙醇缓慢滴加入步骤(6)得到的溶液中，滴加完毕后进行离心分离(7000 rpm，5 8 min)，所得沉淀在50 80 °C烘箱中烘干12 20h0(8)将步骤(7)得到的固体置于管式炉中400 500 0C煅烧4 5 h，得到SnO2OC空心纳米球。 本专利技术具有如下优点: 1.本专利技术合成方法简单，采用一步法合成高分散、粒径均一的空心SnO2纳米球。在此反应过程中，二氧化锡的生成与二氧化硅模板的刻蚀同步进行，既缩短了反应步骤又保证二氧化硅可以在高温高压下被反应生成的氨水完全除去。2.本专利技术得到的核壳结构SnO2OC空心纳米球粒径均匀、比表面积大、分散性好，且结构稳定。3.使用本专利技术方法制备的空心SnO2OC锂离子电池负极材料具有容量大、循环性能好、使用寿命长等特点。首先碳包覆增强了活性物质(SnO2)的导电性，且有碳壳的保护可以有效的减缓在充放电过程中带来的体积变化和团聚粉化问题。其次，SnO2OC复合纳米球具有空心结构电解液能进入到空心结构内部，使活性材料的内外两侧都能与电解液充分接触，因此能有效增大电化学反应的活性界面；第三，空心结构还可吸收因体积变化产生的内应力，能有效抑制材料粉化。这些因素决定了该核壳结构SnO2OC空心纳米球是具有广阔应用前景的锂离子电池阳本文档来自技高网...
【技术保护点】
SnO2@C空心纳米球的制备方法，其特征是具体步骤如下：（1）在100?mL烧瓶中依次加入60?~?80?mL乙醇，3?~?4?mL氨水和1?~?1.3?mL水，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加2.0?~?3.0?mL正硅酸乙酯，20?oC恒温搅拌6?~?8?h；（2）将步骤（1）得到的溶液进行离心分离7000?rpm，8?~?10?min，再分别用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，所得沉淀在烘箱中50?~?80?oC烘干8?~?10?h，得到干燥二氧化硅纳米粒子；（3）将1.0?~?1.5?mg步骤（2）得到的二氧化硅纳米粒子分散在6?~?7?mL体积比为1：1的水和乙醇的混合溶液中，然后分别将0.2?~?0.3?mL?0.2?M尿素和0.4?~?0.5?mL?0.08?M锡酸钠添加到反应液中，磁力搅拌0.5?~1.0?h；（4）将步骤（3）得到的溶液转移到15?mL水热反应釜中，于170?oC烘箱中反应1?~?2?h，自然冷却至室温，离心分离7000?rpm，8?~?10?min，再分别用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，所得沉淀在烘箱中50?~?80?oC烘干8?~?10?h，既得到空心SnO2纳米粒子；（5）将4?~?6?mg步骤（4）得到的空心SnO2纳米粒子和8?~?12?mL去离子水加入到100?mL烧瓶中，超声分散10?~?20?min；（6）将60?~?100?μL?0.2?g/mL聚丙烯酸水溶液和90?~?150?μL?2?mol/L的氨水先后加入步骤（5）得到的溶液中，超声分散10?~?30?min；（7）在磁力搅拌下将90?~?120?mL异丙醇缓慢滴加入步骤（6）得到的溶液中，滴加完毕后进行离心分离7000?rpm，5?~?8?min，所得沉淀在50?~?80?oC烘箱中烘干12?~?20?h；（8）将步骤（7）得到的固体置于管式炉中400?~?500?oC煅烧4?~?5?h，得到核壳结构SnO2@C空心纳米球。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹿，苏忠民，王春刚，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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