[发明专利]一种锡烯材料及其制备方法以及使用该锡烯材料的电池

说明书

本发明涉及材料学领域，特别是一种锡烯材料及其制备方法以及使用该锡烯材料的电池，所述锡烯材料包含至少一层原子结构，所述原子结构中分布有多个孔洞，所述孔洞通过移除原子形成，其中，每一所述孔洞中被移除的原子数量n与所占用的层数r的关系为n＝6r²。

技术领域

本发明属于材料学领域，具体涉及一种网状结构的锡烯材料。

背景技术

目前，由于基于二维材料的可再充金属离子电池的储能密度高、倍率性能好、循环稳定性好，引起了广泛的关注。在传统的二维材料中，石墨的成本低、储能高及循环性能好，但其容量低并且结合能力弱。因此，寻找合适的负极材料成了合成高性能金属离子电池所面临的重要挑战。

发明内容

本发明旨在提供一种锡烯材料，以提高传统二维材料的电子容量，增强结合能力。

上述的锡烯材料，所述锡烯材料的结构中含有多个孔洞，每个所述孔洞由公式n＝6r²限定，其中n为所述孔洞占用所述锡烯材料原子的数量，r为所述孔洞占用所述锡烯材料原子的层数。

上述的锡烯材料，相邻的两个所述孔洞之间的距离为固定值。

上述的锡烯材料，所述相邻的两个所述孔洞之间的距离为：

n为偶数；

n为奇数；

其中，d为两个相邻的所述锡烯材料的原子之间的距离，w为相邻的两个孔洞中心之间的连线所经过的第一方向方向上的边的数量。

上述的锡烯材料，w为8。

上述的锡烯材料，每个所述孔洞占用1层所述锡烯材料分子，并且每个所述孔洞占用6个所述锡烯材料原子。

上述的锡烯材料，所述锡烯材料的原子的边长为0.5纳米。

本申请所提供的锡烯材料是在锡烯的基础上排列一系列的纳米孔洞。将其特定的纳米网状结构可以打开锡烯的带隙，可进一步提高它与金属离子的结合能，

另一方面，本发明的一个实施例还提供了一种制备锡烯材料的方法，以解决制备一种高电子容量且结合能力强的二维材料的问题，该方法包括：移除锡烯材料本体上至少一层原子结构中的原子，形成多个孔洞；其中，每一所述孔洞中被移除的原子数量n与所占用的层数r的关系为n＝6r²。

上述的制备锡烯材料的方法，还包括在与所述孔洞相邻的原子键处进行钝化。

上述的制备锡烯材料的方法，在与所述孔洞相邻的原子键处使用氢原子进行钝化。

另一方面本发明的一个实施例还提供了一种电池以解决传统电池性能不佳的问题，该电池包括：负极，所述负极的材料为上述任意一项所述的锡烯材料；及正极。

上述的电池，所述电池为金属离子电池，且所述金属离子为锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、钙离子或铝离子等。

发明所提供的金属离子电池，其负极可提高电化学性能，理论容量为220mAg/h左右；吸附能很大，保持在1.75-2.25eV。并且有合适开态电压。纳米网状结构的存在将极大的减小金属离子在锡烯上下层扩散的势垒，使扩散路径多样化，可实现金属离子电池的快速充放电。

附图说明

图1是本发明一实施例中的孔洞的分布示意图；

图2是本发明一实施例中的金属钠分别吸附在孔洞中间及锡烯的上下表面时的结构示意图；

图3是本发明一实施例中的锡烯材料作为电池负极时，吸附能随着金属钠离子浓度的变化规律；