[发明专利]一种ZnSnO3

说明书

本发明提供一种ZnSnO₃纳米棒/NC纳米膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：将锡源、氢氧化钠、锌源溶于去离子水中获得混合溶液，微波水热反应得到浑浊液；浑浊液经离心和洗涤，获得ZnSn(OH)₆前驱体；将所述前驱体进行煅烧，获得ZnSnO₃纳米棒；将聚丙烯腈与所述ZnSnO₃纳米棒按1:(0.5～4)的质量比溶解于氮氮二甲基甲酰胺中，混匀得到预溶液，将预溶液静电纺丝得到预产物；预产物经过固化和煅烧，得到ZnSnO₃纳米棒/NC纳米膜复合材料。本发明制备的ZnSnO₃纳米棒粒径均匀、尺寸小，可以很好与氮掺杂碳复合，形成具有极好结构强度和机械强度的自支撑结构，制备得到的复合材料可以直接作为自支撑锂电负极材料，具有极好的电化学性能和安全稳定性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种ZnSnO₃纳米棒/NC纳米膜复合材料及其制备方法，以及其作为自支撑锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

锌锡氧化物复合材料具有理论容量高(1317mA·h/g)、电导率高(2.5×10²S /cm)、工作电位低、来源丰富以及价格低廉等诸多优势，是一种很有前景的锂离子电池电极材料。在各种导电基底中，ZnSnO₃纳米棒-C复合材料由于其独特的网络结构、大的比表面积和良好的结构稳定性，被广泛地用作模板或前驱体来合成电化学活性材料，并在锂电池充放电过程中作为柔性电池的关键材料发挥着重要作用。

中国专利CN111575835A公开了一种ZnSnO₃-C复合纳米纤维及其制备方法，该方法将二水合氯化亚锡和无水氯化锌依次溶解在无水乙醇中与DMF的混合溶液中，再向其中加入PVP，获得静电纺丝所需液；通过静电纺丝法制备ZnCl₂/SnCl₂/PVP前驱体纤维；将ZnCl₂/SnCl₂/PVP前驱体纤维在保护气氛烘干，并在450～610℃烧结，降温得到ZnSnO₃-C复合纳米纤维。实验结果显示，相比于单纯的ZnSnO₃材料制备的电极片，该专利提供的ZnSnO₃-C复合纳米纤维用作电极材料时，虽然倍率性能、充放电循环性能及比容量均得到了一定的提升，但是当循环100圈时，容量会由首周的 800mA·h/g下降至500mA·h/g以下，电化学性能的提升效果仍不理想，难以满足实际需求。此外，由于ZnSnO₃粒径较大，导致该专利所制得的ZnSnO₃-C复合纤维机械强度不高，应用于锂离子电池时，需采用传统电极的制作方式，即将所制得的复合材料样品研磨后与一定比例的导电剂、粘结剂混合均匀后涂覆在铜箔上，经过烘干、压实、裁剪一系列工艺后得到电极片。上述制作电极片的方法不仅需花费更多时间，操作过程也比较繁琐。

目前，市面上的商业化电极材料都要使用铜箔或铝箔作为集流体，但由于集流体自身无法提供容量，会降低电池整体能量密度。近年来，大量研究发现电池起火事故是由于加工过程中无法避免的掺入了铜/铝屑造成的。有研究表明自支撑电极材料的结构是一体成型的，经过简单裁剪后即可直接用作电池极片，不仅工艺简单，而且不使用非活性相铜箔，整体能量密度大幅度提升，更为重要的是结构更为稳定，安全系数更高，是未来电极材料主流发展方向之一。

基于此，如何对现有的ZnSnO₃纳米棒/C复合材料进行改进，使其具备自支撑性能，并进一步提升其用作锂电池负极材料时的循环性能和安全性能，是研发人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZnSnO₃纳米棒/NC纳米膜复合材料及其制备方法与应用，制备得到的ZnSnO₃纳米棒/NC纳米膜复合材料具有更加优异的化学性能，能够显著提高锂离子电池的循环稳定性，此外，该复合材料还具备良好的自支撑性能，易于加工且结构稳定。