[发明专利]一种N掺杂多孔碳纳米纤维@二氧化锡锂离子电池负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种N掺杂多孔碳纳米纤维@二氧化锡锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：首先用聚丙烯腈PAN和金属有机框架ZIF-8作为前驱体，通过静电纺丝法制备出含ZIF-8的纳米纤维，再在惰性气体保护下经过高温煅烧，制得多孔碳纳米纤维CNF；然后通过水热法在所述多孔碳纳米纤维CNF的外表面包覆一层SnO₂纳米颗粒，获得CNF@SnO₂纳米复合材料；最后再在所述CNF@SnO₂纳米复合材料外面包一层聚吡咯PPy，获得CNF@SnO₂@PPy纳米复合材料，对其高温煅烧，即获得用于作为锂离子电池负极材料的N掺杂CNF@SnO₂纳米复合材料；具体包括如下步骤：

(1)称取1.2～2.0g六水合硝酸锌Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解到80～150mL甲醇溶液中；再称取2-甲基咪唑2～5g溶解到80～150mL甲醇溶液中；将2-甲基咪唑的溶液加入到Zn(NO₃)₂·6H₂O的溶液中，室温下剧烈搅拌6～10h，然后离心分离，得到ZIF-8纳米颗粒；向ZIF-8纳米颗粒中加入N,N-二甲基甲酰胺3～7mL，超声溶解后再加入0.25～0.55g聚丙烯腈，室温下搅拌3～5h，获得电纺液；

将所述电纺液加入到10mL的注射器中，然后使用纺丝机开始进行静电纺丝，得到含ZIF-8的纳米纤维；所述静电纺丝电压为8～18kv、流速为0.1～0.8mL/h、喷丝头与接收屏之间的距离为10～20cm；

将所述含ZIF-8的纳米纤维用管式炉在惰性气体的保护下，800～1100℃煅烧3～7h，获得多孔碳纳米纤维CNF；

(2)将50～120mg四水合氯化亚锡SnCl₂·4H₂O和150～240mg聚乙烯吡咯烷酮PVP溶解在20～40mL去离子水中，再加入10～15mg步骤(1)制得的多孔碳纳米纤维CNF，在烘箱中180～200℃水热反应3～5h，然后离心洗涤、60～100℃真空干燥过夜，获得CNF@SnO₂纳米复合材料；

(3)称取0.3～0.7g六水合三氯化铁FeCl₃·6H₂O溶解到20～40mL去离子水中；

量取20～70μL吡咯单体溶液加入到20～40mL去离子水中，再加入步骤(2)制得的CNF@SnO₂纳米复合材料30～50mg，剧烈搅拌8～15min；再将六水合三氯化铁的溶液逐滴加入其中后，接着剧烈搅拌3～4h；然后离心洗涤，60～100℃真空干燥过夜，获得CNF@SnO₂@PPy纳米复合材料；

将所述CNF@SnO₂@PPy纳米复合材料用管式炉在惰性气体的保护下，500～700℃煅烧3～6h，即获得用于作为锂离子电池负极材料的N掺杂CNF@SnO₂纳米复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述离心分离的转速为8000～14000rpm、离心时间为10～20min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述离心的离心转速为4000～9000rpm、离心时间为2～6min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述离心的离心转速为4000～9000rpm、离心时间为2～6min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(3)中所用惰性气体为氦气、氮气或氩气。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述制备方法所制备的锂离子电池负极材料。