[发明专利]一种二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料(SnO₂‑V₂O₅)的制备与应用，属于功能纳米材料的技术领域。将水热制备好的二氧化锡(SnO₂)粉末和五氧化二钒(V₂O₅)凝胶加水混合搅拌后冷冻干燥，可以得到二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料。该方法制备的二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料具有较小的电化学阻抗以及快速离子传输通道等特性，将其应用于锂离子电池的能源存储中，表现出优异的循环稳定性，良好的倍率性能，较高的质量比容量。整个电极材料的制备工艺简单，能耗低，绿色环保，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡和五氧化二钒复合电极的设计及制备方法，以及应用该材料制成锂离子电池的负极，属于功能纳米材料的技术领域。

背景技术

社会发展推动能源需求持续增长，导致不可再生的化石能源的消耗逐年增加，引发全球气候变暖和大气污染等严重的生态问题。因此，开发环境友好型、可持续利用的清洁能源已迫在眉睫。但是，这些能源在时间和空间上分布不均，很难得到高效利用。为了提高能源的利用效率，超级电容器以及二次电池应运而生。其中，锂离子电池(LIB)由于其重量轻、能量密度高、循环性能稳定等特点，在过去几十年中受到广泛关注。LIB作为当前较具优势的电化学储能和转换系统，其应用范围很广，包括混合动力车辆、纯电动汽车、太阳能和风力发电储能、电站储能、电动工具以及智能网络等。LIB主要由正极、负极、隔膜和电解液等构成，正负极材料的性能直接影响锂离子电池的各项性能指标。迄今为止，正极材料已取得诸多进展，包括目前已市场化的钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。相对而言，负极材料的研究和发展力度稍显不足，产业化品种单一，难以满足高性能动力电池的要求。

五氧化二钒作为LIB的负极具有高的比容量和相对低的成本。如果从V⁵⁺完全降低为V⁰，其理论容量高达1472mAh g^-1，因此可以成为高性能负极的电极材料。二氧化锡因为其储量丰富和高理论容量(782mAh g^-1)是另一种广泛研究的负极材料。但在二氧化锡的实际应用中，其较大的体积膨胀导致电极材料粉碎和容量快速衰减。

缓解策略之一是用其他材料建立二氧化锡的异质结构，以期解决过多的体积变化。因此，开发二维二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料(纳米带或纳米片)可以成为有效改善锂储存性能的替代方法。其中，纳米带可以交叉堆叠以形成密集堆积的网络，其具有大量相邻的间隙空间可互相连接来构建多个通路。此外，网络结构为电子传输提供了高导电性，通过这种方式可以极大地促进电子流通性。已经有文献(SnO₂ NanoparticlesAnchored on 2D V₂O₅ Nanosheets with EnhancedLithium-Storage Performances)通过水热法制备二氧化锡和五氧化二钒复合电极，但该制备过程繁琐，电池容量不高。所以，本专利运用物理混合搅拌法制备了二氧化锡和五氧化二钒复合电极。

发明内容

本发明的目的在于针对现有锂离子电池中二氧化锡基负极材料的不足之处，提供一种制备方法简单并且可实现高容量和良好循环性能的二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料的制备方法。

本发明解决的技术问题是：提出一种二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料制备方法，该制备方法包括以下步骤：取适量水热制备好的二氧化锡，然后加入比二氧化锡质量少的的五氧化二钒，最后加入一定量的去离子水，混合搅拌后进行冷冻干燥，得到二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料。

优选的，所述二氧化锡的制备方法如下：将0.1g四水合锡酸钠和0.24g尿素装入烧杯中，然后在磁力搅拌下加入25mL去离子水和15mL乙醇，搅拌至完全溶解，随后，将上述溶液转移到100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，并在150℃烘箱中加热15h进行水热反应，冷却至室温后，通过离心分离沉淀，并用去离子水洗涤，在真空干燥箱中过夜干燥备用。