[发明专利]一种自立式Sn-SnS/CNTs@C柔性薄膜及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种自立式Sn‑SnS/CNTs@C柔性薄膜及其制备和应用，采用可大规模生产的球磨技术及纺丝技术制备，且合成的工艺简单，易操作。合成的柔性Sn‑SnS/CNTs@C薄膜自成导电性网络，电子可通过高导电性的碳纤维和CNT自由传输，极大的缓解了Sn‑SnS纳米颗粒因团聚引起的导电性较差的问题。进一步，Sn‑SnS/CNTs外的碳纤维可有效的阻止颗粒的脱落，增强薄膜的电化学循环寿命。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种自立式Sn-SnS/CNTs@C柔性薄膜及其制备和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、自放电小、循环稳定性能优越等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑和动力汽车等领域。目前，商业化的石墨类负极材料理论容量仅为372mAh/g，已不能满足对未来高容量电池的需求，而且，锂资源的短缺同时也制约着锂离子电池的长期发展。钠储量丰富、成本低廉，钠离子电池近年来逐渐成为能源领域的研宄热点。相对于锂离子而言，钠离子半径约为锂离子的1.4倍，这使得典型的基于插层的锂离子电极材料的可逆的氧化/还原反应变得很困难。

目前，人们对钠离子电池的新型电极材料已进行了深入研究。钠离子电池负极材料，利用钠离子存储的合金化/脱合金工艺进行能量存储。理论预测表明，Ge，Sn，Pb等可以与钠进行合金/脱合金反应，因此可用作钠离子电池阳极材料。在这些材料中，Sn由于它的高理论能力(847mA h g^-1)而引起了研究人员极大的兴趣。Sn可以基于化学转化和可逆的Na合金化反应。另一方面，大量的变化从Sn到Na₁₅Sn₄合金的体积膨胀比经计算为424％。这会导致颗粒破裂和不稳定固体-电解质中间相(SEI膜)的增长，反过来，会导致Sn基钠离子阳极的快速容量损失。因此选择一种合适的电池电极材料对开发绿色环保、结构稳定、电化学平台合适、比容量大的新型钠离子电池具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自立式Sn-SnS/CNTs@C柔性薄膜及其制备和应用，解缓了Sn在充放电过程中体积变化较大，导电性差，电极稳定性差的缺陷。

本发明采用以下技术方案：

一种自立式Sn-SnS/CNTs@C柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将Sn颗粒与S粉经高能球磨制得Sn-SnS复合粉末A；然后，将Sn-SnS复合粉末A与CNTs混合后球磨得到Sn-SnS/CNTs复合粉末B；

S2、使用DMF作为溶剂，将碳前体聚丙烯腈与热解聚合物聚甲基丙烯酸甲酯溶液共混以获得纺丝原液C；然后，将步骤S1制备的Sn-SnS/CNTs复合粉末B添加到纺丝原液C中搅拌获得纺丝溶液D；然后进行静电纺丝得到纺丝薄膜E；

S3、将纺丝薄膜E在真空条件下干燥以去除残留的DMF，再经热处理和退火处理得到自立式Sn-SnS/CNTs@C柔性薄膜。

具体的，步骤S1中，Sn颗粒与S粉的重量比为1:0.5，高能球磨处理中，钢珠与颗粒之间的重量比为15:1，球磨时间为6～10h。

具体的，步骤S1中，Sn-SnS复合粉末A与CNTs的重量比为(3～9)：(2～1)，球磨时间为2～3h。

具体的于，步骤S2中，碳前体聚丙烯腈和热解聚合物聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为(7～9)：(3～1)。

具体的，步骤S2中，纺丝原液C中Sn-SnS/CNTs复合粉末B的质量分数为20％～30％，在70～90℃下搅拌2～3h，获得纺丝溶液D。

具体的，步骤S2中，静电纺丝具体为：速度1～3mL/h，电压20kV，针头与旋转收集器的距离为10～20cm，静电纺丝室内的温度为25±5℃，湿度为50±5％。