[发明专利]一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料和新能源材料的制备领域，具体涉及一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料，其包括二氧化锡纳米颗粒和多级结构碳纳米管，所述多级结构碳纳米管是由不同直径的碳纳米管构成的多级结构，所述二氧化锡纳米颗粒均匀的附着在所述多级结构上，二氧化锡所占质量比例为20‑80％。本发明还公开了制备该多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料的制备方法和该复合材料在锂电池上的应用。本发明的复合材料通过采用二氧化锡纳米颗粒均匀的附着在多级结构碳纳米管上，可以有效抑制二氧化锡在充放电过程中体积的剧烈变化，解决由此导致的容量衰减快、循环性能差的问题，提升锂电池的倍率和循环性能。

技术领域

本发明属于纳米材料和新能源材料的制备领域，更具体地，涉及一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料及其制备方法，其能够有效提高锂电池的倍率与循环性能。

背景技术

锂离子电池由于其高能量密度和良好的循环性能等优势而受到广泛的关注，但随着电动汽车等领域的发展人们对锂离子电池的要求越来越高，目前商业化锂离子电池所采用的石墨类炭负极已经难以满足要求，因此开发出新的比容量高、倍率性能循环性能优异的负极材料对锂离子电池性能的提升有重要意义。

一些金属氧化物如二氧化锡具有较高的比容量，是一种理想的负极材料，但其较差的电导率和充放电过程中不可避免的体积膨胀制约了它的实际应用，因而需要进行改性处理。碳纳米管作为一种新型一维纳米材料，具有高电导率，高机械强度，良好的结构适应性，可用于二氧化锡负极材料的循环性能与倍率性能的改善。许多研究者采用化学气相沉积、原子层沉积、水热等方法制备了二氧化锡/碳纳米管复合材料，如二氧化锡纳米片/碳纳米管(RSC Adv.2015,00,58568)，多孔二氧化锡/碳纳米管(J.Mater.Res.2010,25,1554–1560.)，通孔二氧化锡/碳纳米管(ACS Nano.2015,9,10173–10185)等，碳纳米管构建了一种能适应体积变化的三维结构，抑制了二氧化锡的团聚极化，确保了电极片的结构完整性，同时，碳纳米管也为电子提供了导电通路，因而提升了电极的倍率性能与循环稳定性。但迄今为止研究者使用的均是结构单一的碳纳米管，并没有使用多级结构碳纳米管来构建复合材料用于锂离子电池的应用，单一的碳纳米管构建复合材料具有以下缺陷和不足：单一结构的碳纳米管构建的结构稳定性较差，对二氧化锡巨大的体积膨胀抑制能力较小，因此锂电池的循环性能与倍率性能不高。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料制备方法，其目的在于利用结构更稳定的多级结构碳纳米管来进一步改善二氧化锡负极材料在充放电过程中的体积膨胀而导致的循环性能差、容量衰减快的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料，其特征在于，其包括二氧化锡纳米颗粒和多级结构碳纳米管，所述多级结构碳纳米管是由不同直径的碳纳米管构成的多级结构，所述二氧化锡纳米颗粒均匀的附着在所述多级结构上，二氧化锡所占质量比例为20-80％。

进一步优选地，所述多级结构碳纳米管由直径为10nm的细碳纳米管与50nm的粗碳纳米管组成，所述细碳纳米管缠绕粗碳纳米管构成多级结构碳纳米管。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，提供了一种多级结构碳纳米管/二氧化锡复合材料制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1.准备多元金属催化剂和不同直径的碳纳米管，然后采用化学气相沉积法制得多级结构碳纳米管；

S2.将步骤S1中得到的多级结构碳纳米管放入反应介质中，采用超声波进行分散，控制超声的功率与时间，得到分散状态良好的分散液；

S3.在步骤S2中分散好的分散液加入锡盐，再将分散液放入水热反应釜中加热，控制加热的温度和时间，得到所需的样品；