[发明专利]锂离子电池负极用三维纳米多孔锡基合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锡基合金的制备方法，特别是涉及一种锂离子电池负极用三维纳米多孔锡基合金的制备方法，该锡基合金负极材料具有好的储锂性能，如较好循环性能、较高的比容量和倍率性能。

背景技术

目前，全球正面临能源危机和环境污染两大严峻挑战。随着全球经济的快速发展，煤、天然气和石油等化石燃料的总量不断减少，由此所引发的环境污染等问题也日益严重，当今各国正在着力研究绿色低能耗的能源的开发和利用。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点，成为未来最佳的“清洁能源”。而锂离子电池具有工作电压高、循环寿命长、功率密度高、无记忆效应、自放电率低和环境友好等优点，被认为是电动汽车用高能量、大功率动力电池的理想选择，对于能源的高效利用、降低碳排放和环境保护具有重要的意义。

当前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨碳材料，但石墨低的理论比容量（372 mAh/g），限制了锂离子电池在储能及交通领域的应用。近年来陆续报道了一系列具有发展前景的负极材料体系，锡基材料，特别是锡基合金因其高比容量而倍受关注。三维纳米多孔锡基合金同时具有纳米和微米的结构特性，有望满足锂离子动力电池的需求。然而，三维纳米多孔锡基合金的制备仍然面临很大的挑战，这限制了锡基合金的商业化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有三维纳米多孔结构的锂离子电池负极用锡基合金的制备方法，该锡基合金负极材料具有较好循环性能、较高的比容量和倍率性能。

完成上述发明任务的技术方案是：

一种锂离子电池负极用三维纳米多孔锡基合金的制备方法，其特征在于：在0~100℃范围内，将过渡金属氰化物和四氯化锡的水溶液混合，反应形成锡基氰胶前驱体；向锡基氰胶前驱体中加入等量或过量的还原剂，静置0.1~20小时，使锡基氰胶与还原剂充分反应，将产物洗涤，随后在真空或惰性气体保护下干燥，即得所述的三维纳米多孔锡基合金。

所述过渡金属氰化物为钴氰化钾、亚铁氰化钾或镍氰化钾等。

所述过渡金属氰化物水溶液的浓度为0.01~10摩尔/升，四氯化锡水溶液的浓度为0.01~10摩尔/升。

所述过渡金属氰化物与四氯化锡的摩尔比为0.1:1~10:1。

所述还原剂为硼氢化钠、水合肼或次亚磷酸钠等。

更具体地说，本发明的锂离子电池负极用三维纳米多孔锡基合金的制备方法，包括以下步骤：

(1) 锡基氰胶前驱体的制备：在0~100℃范围内，将浓度0.01~10摩尔/升的钴氰化钾、亚铁氰化钾或镍氰化钾和浓度为0.01~10摩尔/升的四氯化锡的水溶液按照摩尔比0.1:1~10:1，混合反应形成锡基氰胶前驱体。

(2) 三维纳米多孔锡基合金的制备：向步骤(1)得到的锡基氰胶前驱体中加入等量或过量的还原剂，静置0.1~20小时，使锡基氰胶与还原剂充分反应，将产物洗涤，随后在真空或惰性气体保护下干燥即得三维纳米多孔锡基合金。

相比与现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：

(1) 本发明以锡基氰胶体系为前驱体，其具有三维纳米多孔空间网络结构，在还原过程中锡和过渡金属物种会沿氰胶骨架相互连接而形成三维纳米多孔锡基合金，克服了三维纳米多孔锡基合金的制备难题。

(2) 本发明制备方法简单，对环境友好，可以实现大规模生产。

(3) 本发明通过控制过渡金属氰化物的种类、过渡金属氰化物与四氯化锡的浓度和比例，可以调节锡基氰胶体系的物理化学性质，从而进一步调控三维纳米多孔锡基合金的微观结构和储锂性能。

附图说明

图1：实施例1制得的三维纳米多孔锡镍合金的扫描电镜照片。

图2：实施例1制得的三维纳米多孔锡镍合金的透射电镜照片。

图3：实施例1制得的三维纳米多孔锡镍合金的能谱图。

图4：实施例1制得的三维纳米多孔锡镍合金的电化学性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

 实施例1：

(1) 在25℃下，将0.6 摩尔/升的镍氰化钾水溶液与0.6 摩尔/升的四氯化锡水溶液混合反应形成锡镍氰胶体系，其中，镍氰化钾与四氯化锡的摩尔比为0.5:1。