[发明专利]一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法，以单一物质为锡源，锡源用量好控制，以无水乙二胺和乙醇的混合物作为溶剂热溶剂，以调节乙醇的用量来精确控制引入的水分含量，而水分含量直接决定了产物中SnO的含量。充分利用了SnO₂不溶于稀HCL，而SnO溶于稀HCL这一化学特性来造孔，以腐蚀SnO₂&SnO复合材料中的SnO，以达到制备高比表面积多孔二维状SnO₂材料。

技术领域

本发明涉及钠离子电池电极材料领域，具体涉及一种二维高比表面积多孔状二氧化锡钠离子电池负极材料及其制备方法，属于新材料制备技术领域。

背景技术

近年来，随着全球工业化的进一步发展，人类对能源需求量急剧增加。与此同时，工业化所引发的环境污染问题也进一步加剧。寻求绿色、环保、可再生的新能源的是当今科研人员的重要努力方向。自1976年EXXON公司发现TiS₂能够可逆的脱嵌锂离子并研发出第一颗锂离子二次电池，到1991年日本SONY公司推出商业应用的钴酸锂/碳锂离子二次电池以来，经过近30年的发展，锂离子二次电池已经得到充分发展。但锂离子二次电池在其发展过程中一直受到其安全因素不稳定，能量密度无法进一步增加，锂资源储量不足及分布不均衡等问题的困扰。钠离子二次电池与锂离子二次电池从原理结构上并无明显区别，都是以电池正负极、以及不同的电解液组成。与锂离子电池相比，钠离子电池具有原材料成本更加低廉：钠元素地球丰度远高于锂元素，且钠元素的全球分布均衡，开采成本低廉等天然优势。此外，钠离子二次电池具有比容量和循环效率相比锂离子二次电池高等优点，更为适用于大规模储能的应用场景，比如在大规模高压电网储能，高速移动通信网用基站储能，大数据中心储能，云计算中心储能等场景。

目前商用锂离子二次电池的负极电极材料还是以石墨化碳材料为主，石墨类碳材料的理论储锂容量为372mAhg^-1。但是在研究钠离子二次电池的过程中，Stevens等和Fouletier等研究人员分别发现，相对于锂离子可以在石墨片层中可逆的嵌入与脱嵌，离子半径为0.98nm的钠离子无法像离子间距较小的锂离子那样在层间距为0.355nm石墨片层中嵌入与脱嵌。作为非石墨类碳材料的软炭和硬炭，这两中碳材料的储钠原理与储锂原理类似，都是基于离子的脱嵌机制，只是锂/钠离子的嵌入的电压值不同，而且它们的比容量接近。但是非石墨类碳材料的的储钠的不可逆容量损失较大，大电流高倍率测试时循环性能不好，而且在大电流测试下电池电解液的分解也会影响其嵌钠性能。

在寻找合适的钠离子二次电池负极材料的研究中，人们发现碳基材料普遍存在的充放电效率低和循环性能差的问题难以克服。因此，寻找替代碳基材料的新型负极材料成为了当务之急。过渡金属氧化物和过渡金属硫化物的首次不可逆容量损失小、安全性能好、储钠比容量高等诸多优点引起了人们的普遍关注。在众多金属氧化物中，SnO₂因为有合适的电位平台、环境友好，并且每个Sn原子能和3.75个Na原子结合形成Na₁₅Sn₄合金化合物，具有较高的理论容量而备受关注。与此同时，在形成Na₁₅Sn₄金属合金时产生的体积膨胀率高达400％以上，巨大的体积膨胀会使SnO₂在电池充放电的过程中发生团聚、断裂、粉末化，影响材料的结构稳定性，进一步导致电池的容量衰减。这是阻碍了SnO₂作为钠离子二次电池负极材料主要困难。目前对Sn基负极材料的研究主要集中在两个方面：其一，对Sn基负极材料进行纳米化调控，经过可控调节，制备出一定形貌的Sn基纳米材料，以克服材料本身的体积膨胀；其二，通过将Sn基材料和其他材料复合，将Sn基材料负载在其他材料如石墨烯、碳纳米管等载体上，以解决其体积膨胀。正因为如此，本专利通过溶剂热反应可控制备出类石墨烯状形貌的SnO₂纳米材料，并将其作为钠离子二次电池负极材料。

发明内容