[发明专利]一种高电学性能二氧化锡纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电学性能SnO₂纳米颗粒及其制备方法，及其在锂离子电池方面的 应用，属于纳米功能材料领域。

背景技术

新型高能化电源技术的快速发展，对锂离子电池电极材料提出了更高的要求。具有 高能量密度、高功率密度、良好的充放电循环特性的锂离子电池电极材料是科学家们目前研 究的重点。目前，碳材料(石墨烯、无定形碳等)是商业化的锂离子电池的主要负极材料。 但是碳材料的储锂能力较低(石墨烯理论容量372mAh/g)，限制了锂离子电池容量的进一步 提高。二氧化锡(SnO₂)作为锂离子电池的负极材料，其理论容量为790mAh/g，远大于石 墨烯的理论容量。因此，SnO₂被认为是目前最具商业化前景的锂离子负极材料之一。然而 由于在充放电过程中巨大的体积变化，会导致二氧化锡电极材料的粉化，由于活性物质与集 流片的分离，其容量会急剧下降，电池循环性能也变差；另外，二氧化锡电极材料的首次充 放电效率很低，这些都限制了其作为锂离子电池负极材料的商业化应用。

目前，提高SnO₂锂离子电池负极材料的方法有一般三种，一种是制备SnO₂和其它 材料的复合材料，如C(CrystEngComm,2014,16,517)(30次后电池比容量衰减为515 mAh/g)，Fe₂O₃(AdvancedFunctionalMaterial,2011,21,385)(30次后电池比容量衰减为 200mAh/g)等。这种制备方法，制备步骤繁琐，条件苛刻，但是无论是对SnO₂的电池容量 或是循环效率，其性能提高都很有限，不能达到工业化应用的水平；另一种方法是制备 SnO₂空心结构(small2010,6,296)，尽管比表面积增大了，但是其循环30次后电池比容量 就衰减为只有351mAh/g。还有一种方法是通过制备纳米级的SnO₂，目前制备SnO₂的方法 大都集中在水热法制备，需要加入L-赖氨酸(申请号：200910084901.2)聚二乙醇单甲醚 (申请号：201210448234.3)、N-甲基咪唑(Nanoscale,2013,5,3262)(首次充放电比容量为 1898和1241mAh/g，60次后电池比容量衰减为718mAh/g)等封端剂，制备纳米级尺寸的 SnO₂材料，可以看出，SnO₂量子点对于提高其电池循环性能和电池容量有显著效果，但是 其电池循环性能和电池容量仍不能满足工业化应用需求。

纳米材料由于比表面积大、比表面能高等特点使纳米二氧化锡材料在气体传感器、 太阳能电池、透明导电电极等方面均具有重要应用。而合成直径为10nm以下的无机氧化物 纳米粒子仍是一项重要的技术挑战。因此，合成出小尺寸二氧化锡纳米粒子无论在学术研究 还是应用方面，均具有很重要的意义。

发明内容

量子点的稳定性、分散性、尺寸及结晶度对其光催化性能有着重要的影响，本发明 的目的是提供一种可作为锂离子电池负极材料的具有较高稳定性、分散性好以及小尺寸的二 氧化锡量子点及其制备方法和应用，其具有高效的、高比容量和高循环性能的电池性能。

在此，一方面，本发明提供一种高电学性能二氧化锡纳米颗粒的制备方法，包括以 下步骤：

1)以锡盐为原料，碱性条件下可溶的纳、微颗粒为模板材料，将两者分散于水中，配制均 匀的混合溶液，其中锡盐的浓度范围为0.1～5mmol/40ml，模板材料的浓度范围为0.1～ 5mmol/40ml；

2)将步骤1)所得的混合溶液于室温搅拌6～24小时后固液分离；

3)将步骤2)所得的固体于400～700℃(优选为450～600℃)的温度下加热2～8小时；

4)将步骤3)所得的粉体于置于碱性溶液中充分反应以去除所述模板材料，固液分离后将 所得固体烘干即制得所述高电学性能二氧化锡纳米颗粒。