[发明专利]一种碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

随着经济的高速发展，人类面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，世界各国都在不断寻求更加清洁环保的绿色能源。其中，锂离子电池以其能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应、安全无污染等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域展示了广阔的应用前景和巨大的潜在经济效益，被称为21世纪的理想电源。

在锂离子电池中，负极材料的容量是影响电池容量的重要因素之一。目前，商品化的锂离子电池主要采用石墨或改性石墨作为负极材料。然而，石墨的理论嵌锂最大容量仅为372mAh/g，且首次不可逆损失大、倍率放电性能差。因此，积极探索比容量高、容量衰减率小、安全性能好的新型非碳负极材料，已成为国际上的研发热点。其中，二氧化锡因为具有高比容量(理论充放电容量为790mAh/g)、低嵌锂电势、安全性能好等优点而倍受关注，而且二氧化锡资源丰富，价格便宜，对环境污染小，有望替代碳材料成为新型锂电池负极材料。但是，二氧化锡在嵌脱锂过程中存在严重的体积效应，首次充放电膨胀收缩率高达50%以上,并且循环期间锂离子的反复嵌入与脱出过程中易出现粉化现象，从而导致二氧化锡首次不可逆容量较大，电化学性能迅速下降，循环稳定性较差，限制了它在锂离子电池中的广泛应用。

研究表明，制备纳米结构二氧化锡是提高材料循环稳定性的一种有效方法。与微米尺度的电极材料相比，纳米材料能缩短电子、离子的传输距离，增大电极/电解液界面的面积，特别是可缓冲体积变化所产生的应力，进而提高电极材料的循环稳定性。目前研究较多的是二氧化锡纳米颗粒和碳的复合材料（Wang X,Zhou X,Yao K,Zhang J,Liu Z,“A SnO₂/graphene composite as a high stability electrode for lithium ion batteries”,Carbon,2011,49,133；Zhang L S,Jiang L Y,Yan H J,Wang W D,Song W G,Guo Y G,Wan L J,“Monodispersed SnO₂nanoparticles on both sides of single layer graphene sheets as anode materials in Li-ion batteries”,J.Mater.Chem.,2010,20,5462），在提升电极电化学性能方面效果较明显。但是纳米材料一般表面能较高，热力学不稳定，在反复充放电过程中，纳米颗粒之间由于离子的迁移、扩散会出现显著的团聚、融合现象，影响电极材料的循环性能和容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料的制备方法，利用其结构稳定性，缓解体积变化和团聚引起的结构破坏，提高电极容量和循环稳定性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将80～100份的苯酚进行加热熔融，边搅拌边依次滴加10～30份的质量浓度为20%的氢氧化钠溶液和80～160份的质量浓度为37%的甲醛溶液，然后进行升温，反应40～80分钟后，再进行冷却，然后加入盐酸调至中性，真空干燥得到低分子量可溶性酚醛树脂；

2）将步骤1）中得到的低分子量可溶性酚醛树脂溶于1500～4000份的乙醇中，加入40～200份的致孔剂，搅拌至澄清透明，室温下静置，待乙醇挥发完后，再置于烘箱中进行加热，使所述低分子量可溶性酚醛树脂交联固化，得到中间产物A，然后再在氮气或氩气氛围下，将中间产物A在管式炉中进行碳化，得到具有连续孔道的介孔碳材料；

3）将步骤2）中得到的所述介孔碳材料浸泡在熔融的二氧化锡前驱体中，真空条件下进行静置，使二氧化锡前驱体充分渗透到介孔碳材料的孔道中，得到中间产物B，再将所述中间产物B在体积比为1:1的水-乙醇中进行浸泡，然后取出，再在惰性气体和空气的混合气体中进行灼烧，即得到所述碳掺杂二氧化锡纳米线锂电池负极材料；

其中，所述惰性气体和空气的体积比1:10～10:1；

上述份数均指重量份数。

本发明的有益效果是：本发明通过灼烧控制碳的含量，使碳材料有效支撑二氧化锡纳米线阵列结构，提高电极循环稳定性，优化锂电池负极材料电极性能。