[发明专利]一种二氧化锡负载型碳纳米棒材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化锡负载型碳纳米棒材料的方法，采用纤维素原材料作为基材，用酸催化法对纤维素进行处理，清除纤维素中的无定形区和杂质成分，提取纤维素纳米晶悬浮液，以氯化锡对纤维素纳米晶进行化学负载制备含锡纤维素纳米晶，然后经过高温氧化‑炭化处理后，制备直径为10—30 nm，长度为150—350 nm，具有较大长径比的二氧化锡负载型碳纳米棒材料。本发明有效利用了生物质材料纤维素，具有原料来源广、可再生、无污染特点，同时该碳纳米棒具有优越的导电性和以往碳材料所不具备的尺寸优势，能够缓解体积变化、改善电池的循环性能有着良好的效果。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备领域，特别是关于一种二氧化锡负载型碳纳米棒材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，环境污染和能源危机的挑战日益严峻，绿色能源成为世界各国的研发热点。锂离子电池作为一种新型清洁的可充电电源，具有质量轻、污染小、工作电压高、能源密度大、循环寿命长等优点，在国防、电动车和电子领域展示了广阔的应用前景，被誉为21世纪的理想电源。

在锂离子电池中，负极材料是影响电池容量使用寿命的重要因素之一。目前的商品化锂离子电池主要使用石墨或改性石墨作为负极材料，具有良好的循环性能和倍率性能，但其理论比容量仅为372mAh/g，难以在电动汽车等高能量密度要求的领域中广泛使用。为了提高电池的比容量，需寻找能够在低电势下保持高容量的石墨替代材料。近年来，硅合金、锡合金以及SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃、Co₃O₄、MnO₂、MoO₃等金属氧化物成为国内外的研究热点。其中，二氧化锡负极材料的比容量高(理论比容量为782mAh)、嵌锂电势低、能量密度高、安全性能好、资源丰富、成本低等优点，具有很大的应用潜力。但二氧化锂在充放电过程中存在严重的体积效应，循环期间锂离子的反复嵌入与脱出容易引起粉化和团聚现象，导致材料首次不可逆容量大、循环稳定性较差，多次循环之后，电极逐渐受到破坏。如何有效缓解体积效应和粉化现象，提高电极的循环稳定性已经成为当前研究二氧化锡负极材料的关键。目前研究人员主要通过制备纳米结构二氧化锡和构建复合材料来解决上述问题。

CN 104868109 A公开了一种多孔碳负载二氧化锡制备锂离子电池负极材料的方法。该方法首先铜锡合金与碳的高分散复合物，再以硝酸选择性移除铜，将锡氧化成为二氧化锡并以纳米化形式存于多孔碳孔道中，得到了电流密度为100mA/g时50周后仍高于900mAh/g、电流密度为1A/g时稳定高于300mAh/g的高容量负极材料。汪文峰(汪文峰.(2015).二氧化锡—碳基复合材料在锂离子电池中的应用.上海大学硕士论文)、姜银珠等(姜银珠,徐粤,&严密.(2011).二氧化锡-石墨烯纳米复合锂离子电池负极的制备和性能表征.2011中国材料研讨会论文摘要集)以不同方式将二氧化锡负载于氧化石墨烯上，分别制备了循环充电容量为891.7mAh/g、719mAh/g的锂电池负极。类似的，高长径比纳米碳材料如碳纳米管、纳米碳纤维等也用于负载二氧化锡。Ding等报道了一种三明治结构的碳纳米管/二氧化锡/碳复合材料，二氧化锡含量达到80％(质量分数)，经过60次充放电循环后，可逆容量仍达505mAh/g(Ding S,Chen J S,Lou X W.CNTs@SnO₂@Carbon Coaxial Nanocableswith High Mass Fraction of SnO 2,for Improved Lithium Storage[J].Chemistry-AnAsian Journal,2011,6(9):2278–2281)。