[发明专利]一种纳米棒状组成的球形硫化锡的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种由纳米棒组成的球形硫化锡作为锂离子电池负极材料，属于锂离子电池材料领域，特别是涉及一种纳米棒状组成的球形硫化锡的制备方法及应用。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，越来越多的工业化产品如：电视、电脑、手机、新能源汽车等已经进入人们的日常生活中，极大的改善了人们的生活条件。但是随之而来的全球环境污染和能源日益衰竭，对体积小、质量轻、循环寿命长、比容量高的电池的要求也越来越高。与其他传统储能电池相比，锂离子电池能量密度高，可达150～200Wh/kg，远高于Ni-MH电池的60-75Wh/Kg；锂离子电池的开路电压很高可达3.3～4.2V，远高于铅酸电池的2V；此外锂离子电池还具有输出功率大、充放电速度快、工作温度范围宽等优点。这些因素都预示了锂动力电池的未来地位将会得到体现。

硫化锡具有CdI2型层状结构，一层锡原子夹杂在两层硫原子之间，金属锡离子置于两层的硫离子之间，每个锡离子周围有六个硫离子形成正八面体配位，即硫离子采取AB AB六方密堆积，层内为共价键结合，层与层之间存在弱的范德华力。SnS2的这种层状结构中存在很多晶格空位，可作为“插层”的主体晶格。这种结构上的优越的柔韧性使它能作为基底，通过共轭化合物的插入，形成具有独特光电性质的插层化合物。锂离子也可以插入其中，因此，硫化锡也被认为是有前途的锂离子电池负极材料。而由于硫化锡负极材料在锂离子电池充放电过程中锂离子的插入和脱嵌，使硫化锡主体材料体积发生较大的变化，不可逆容量过高，从而很难得到实际应用。

发明内容

为了克服现有硫化锡在锂离子电池充放电过程中的大的体积变化，不可逆容量过高的问题，本发明的目的在于提供一种纳米棒状的球形纳米硫化锡的制备方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种纳米状棒组成的球形硫化锡的制备方法，按照以下步骤制备的：

1）按照质量比为1：2～1：8的比例称取四氯化锡结晶粉末和硫脲，然后称取适量的表面活性剂；

2）将步骤1）中称取的粉末放入去离子水中，搅拌至粉末全部溶解，得到均匀混合溶液；

3）将步骤2）中得到的均匀混合溶液转入不锈钢反应釜中，120℃～180℃反应3～9小时；

4）将步骤3）中得到的产物过滤清洗后，在真空干燥箱中60℃烘干，得到纳米棒组成的球形硫化锡材料。

本发明的制备方法，步骤1）中，四氯化锡结晶粉末和硫脲的质量比为1：4～1：6。

本发明的制备方法，步骤1）中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，其与四氯化锡结晶粉末的质量比为1：1～1：8。

本发明的制备方法，步骤2）中，利用磁性搅拌法进行混合。

本发明的制备方法，步骤3）中，水浴加热的温度为120℃～180℃，反应时间为3～9小时。

本发明的制备方法，步骤3）中，反应温度控制在120℃～160℃，保持4～8小时。

本发明的制备方法，步骤4）中，烘干温度为60℃。

本发明的纳米棒状组成的球形硫化锡的制备方法制备出纳米棒状组成的球形硫化锡。

本发明纳米棒状组成的球形硫化锡在锂离子电池负极材料中的应用。所述锂离子电池负极材料为组成纳米球的形貌为棒状的硫化锡，棒与棒之间的空隙使负极材料在充放电过程中由于体积膨胀造成的活性电极分化减少。

借由上述技术方案，本发明具有的优点和有益效果是：

1、本发明由纳米棒状组成的球形硫化锡，其中将硫化锡材料纳米化，大大减少了电池循环过程中，电极材料的体积效应，并且创新的制得了纳米棒状的硫化锡，而且纳米棒与纳米棒之间有足够大的空隙，与普通纳米片状硫化锡相比，纳米棒在锂离子插入和脱嵌过程中，由于棒与棒之间有足够大的空隙，不会造成主体材料相互挤压粉化，进一步增加锂离子电池负极材料的储锂容量，使得不可逆容量减小。

2、本发明所制得的材料主要应用于锂离子电池、超级电容器、太阳能电池等方面，因此，它具有前打的市场前景以及发展潜力。而且本发明所用的水热法合成，所需设备简单，反应条件温和，简单易行，成本低，易于实现工业化生产。

附图说明

附图用来对本发明提供进一步的理解，构成说明书的一部分，与本发明的实施案例一起用于解释本发明。在附图中：

图1为硫化锡负极材料的扫描电镜图（其中，图1a-1d分别为不同反应时间得到的不同的产品的扫描电镜图，图1a、1b为3小时得到的纳米棒，图1c、1d为6小时得到的纳米棒组成的球）。