[发明专利]一种多孔碳球负载M-Sn合金纳米粒子复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种多孔碳球负载M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金纳米粒子复合材料的制备方法。

背景技术

随着对新能源、新型材料的研发与利用的研究进展，研究者们逐渐将目光转移到拥有广阔应用领域的锂离子电池电极材料的研究中。锂离子电池作为一个有效的可持续能量存储体系，具有体积小、质量轻、电容量大、电压高、安全、无污染等优点，已经成为当今国际公认的理想化学能源，已经广泛用于移动通讯工具、电动车等产品中，未来有望在更广阔的领域实现大规模应用。其中，锡基合金为锂离子电池负极材料具有高理论比容量，且储量丰富，对环境无污染，但由于纳米粒子容易团聚，导致在电池的充放电程中，容量急剧下降，且循环性能不稳定，从而局限其进一步的发展应用。

本发明即从克服此困局为出发点，利用多孔碳球的孔壁为纳米粒子提供载体，将金属纳米粒子负载于多孔碳球孔壁上，不仅可以克服金属氧化物纳米粒子之间的团聚，还可利用多孔碳球的框架结构来提供复合材料的结构稳定性，利用它们之间共同的优势，大大拓宽合金纳米粒子和多孔碳球的应用范围，在化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面具有重要的应用价值。所以探索简单、有效的多孔碳球负载金属氧化物纳米颗粒复合材料的控制合成方法，对于此类复合材料的研究和应用具有重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔碳球负载M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金纳米粒子复合材料的制备方法，工艺简单，所制备的复合材料能够有效抑制合金纳米粒子的团聚和体积膨胀，由此制备的锂离子电池负极材料具有优异的导电性能，相应的锂离子电池比容量高、循环性能好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种多孔碳球负载M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金纳米粒子复合材料的制备方法，具体步骤如下：

称取多孔碳球加入到溶剂中超声分散后，再加入锡盐超声混匀，搅拌加热反应，达到200~300℃后，加入事先溶解的另一种盐（铁盐或钴盐或镍盐）和还原剂，高温回流反应0.5~3h，结束后进行离心洗涤收集产物得到多孔碳球负载M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金纳米粒子复合材料；其中：

所述多孔碳球的浓度为0.2~1.0mg/mL；

所述锡盐为SnCl₂·2H₂O，浓度为0.005~0.05mol/L；

所述铁盐为FeCl₃，浓度为0.005~0.05mol/L；

所述钴盐为CoCl₂·6H₂O，浓度为0.005~0.05mol/L；

所述镍盐为NiCl₂·6H₂O，浓度为0.005~0.05mol/L；

所述还原剂为NaBH₄，浓度为0.01~0.2mol/L。

本发明中，所述多孔碳球的制备方法，具体步骤如下：

(1) 去离子水溶解氯乙酸钠后，加入加湿器中，通过雾化产生雾滴，并引入惰性气体；

(2) 通过控制惰性气体流速将雾滴导入500~800℃工作的管式炉石英管中，通过炉体的过程中，雾滴快速脱水收缩转化为固体的多孔碳球；

(3) 用无水乙醇收集从石英管中排出的固体颗粒，离心分离、干燥得到多孔碳球，其中：

所述氯乙酸钠的浓度范围为0.5~2mol/L；

所述惰性气体为氩气或氮气；

所述气体流速范围为0.5~2.5L/min。

本发明中，所述溶剂为三乙二醇或四乙二醇。

本发明中，所述M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金，当M=Fe时，为SnFe；

当M=Co时，为SnCo；

当M=Ni时，为SnNi。

本发明中，所述洗涤是用去离子水和无水乙醇依次洗涤产物。

由于采用上述方案，本发明具有以下有益效果： 

1、本发明实现了利用常见的无机盐和已通过高温喷雾热解法制备的多孔碳球为反应的前驱体，通过简易方法一步法首次合成了多孔碳球负载M-Sn(M=Fe,Co,Ni)合金纳米粒子复合材料。

2、本发明的方法对产物中负载的氧化物纳米颗粒的粒径大小有很高的调控性。

3、本发明采用高温回流法，具有很强的通用性。