[发明专利]一种具有氟掺杂异质结构的花状微球的合成方法

说明书

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体而言，涉及一种具有氟掺杂异质结构的花状微球的合成方法，将硫源与可溶性锡盐共同溶解在水中后，再加入氟源混合均匀，制得反应液，将所得的反应液置于聚四氟乙烯反应釜中进行高温水热反应，反应结束后自然冷却并离心分离、洗涤数次，干燥后即得具有氟掺杂异质结构的花状微球，本发明方法简单易行，无需调节溶液pH，无需对产物进行高温煅烧。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体而言，涉及一种具有氟掺杂异质结构的花状微球的合成方法。

背景技术

SnS₂/SnO₂异质结构是一种新型功能材料。SnS₂/SnO₂异质结构作为电池负极材料使用时，SnO₂具有783mAh/g的理论容量，而SnS₂的引入可以缓解SnO₂在充放电过程中的体积变化，提高负极材料的整体导电性和倍率性能。天津大学郭瑞松老师的研究表明，SnS₂/SnO₂异质结构中氧化物与硫化物之间的界面相互作用，可以加速锂离子扩散速率，SnO₂与硫之间强化学键合作用(S-Sn-O键)为SnS₂电催化转化多硫化物创造条件(10.1002/celc.202100138)。因此，SnS₂/SnO₂异质结构的构建对于锂硫电池性能的提升有着重要意义。

专利CN113073355A通过SnS₂表面局部氧化的方法制得SnS₂/SnO₂异质结构，这种异质结构能够在光电化学过程中表现出更好的光催化活性和稳定性。专利CN111450847A以蒙脱石为载体，在其上进行氟掺杂SnO₂的硫化过程，制备出的蒙脱石SnS₂/SnO₂异质结构具有很好的有机物吸附性能以及良好的光催化降解性能。然而，以上这些对锡源的先氧化后硫化或者先硫化后氧化的过程，往往需要多个化学反应过才能实现，这会导致合成成本的增加和实验难度的增大。专利CN110028097A采用氯化亚锡为锡源，硫脲为硫源，制备出SnO₂/SnS₂异质结构，然而，这一方法需要引入氢氧化钠把反应溶液调节至强碱性，以保证SnO₂相的产生。

氟掺杂是一种改变结晶性材料晶体结构的重要方法。中南大学的研究表明，氟掺杂可以在保证MnO₂物相不变的情况下，通过与Mn离子的强键合作用，压缩MnO₂的晶格框架，提高MnO₂晶体的电化学循环稳定性(DOI:10.1016/j.mtener.2021.100851)。哈尔滨工业大学的研究也表明，由于氟原子直径比氧原子小，当氟原子进入含氧化合物的晶格中取代氧原子时，会导致含氧化合物的晶胞体积缩小(DOI:10.1016/j.jelechem.2021.115597)。氟原子的掺杂不仅会影响材料的晶格尺寸，也可能会导致材料的微观形貌发生变化。华南理工大学的研究观察到氟掺杂导致的TiO₂晶体从无特定形状向球形结构转变(DOI:10.1016/j.ceramint.2021.07.013)，但是材料的物相在掺杂前后都是锐钛矿型TiO₂。因此，以往的研究局限于氟原子掺杂对于材料的晶格尺寸和形貌的影响，未能涉及到氟原子掺杂在硫化物物相变化和异质结构形成过程中所起的作用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种具有氟掺杂异质结构的花状微球的合成方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

一种具有氟掺杂异质结构的花状微球的合成方法，

将硫源与可溶性锡盐共同溶解在水中后，再加入氟源混合均匀，制得反应液，将所得的反应液置于聚四氟乙烯反应釜中进行高温水热反应，反应结束后自然冷却并离心分离、洗涤数次，干燥后即得具有氟掺杂异质结构的花状微球。