[发明专利]一种多级纳米Sn基材料及其制备方法

说明书

一种多级纳米Sn基材料及其制备方法，其中：多级纳米Sn基材料具体为SnS₂‑SnO₂复合材料，其具有纳米棒‑纳米颗粒多级结构，纳米颗粒尺寸为10‑20nm，纳米棒长度为120‑150nm，粒径为15‑18nm。本发明还提供上述Sn基材料的制备方法，其是一种以有机硫源作为Sn源硫化处理的原料，采用共沉淀‑水浴法制备纳米棒‑纳米颗粒多级结构的SnS₂‑SnO₂复合材料的方法。本发明以有机硫源作为硫化处理的原料，能减少副反应的发生；采用共沉淀‑水浴法能实现无模板制备多级纳米结构的Sn基材料，降低制备成本，制备的纳米棒‑纳米颗粒状多级结构Sn基材料，可有效缓解材料在锂离子脱/嵌过程中存在的体积膨胀问题，缩短Li⁺的扩散路径，增加材料与电解液的接触面积，提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种多级纳米Sn基材料及其制备方法，具体涉及一种纳米棒、纳米颗粒多形貌SnS₂锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

技术背景

二硫化锡(SnS₂)因其独特的CdI₂型层状结构及较高的理论比容量(648mAh/g)而备受关注，然而，其在应用过程中也存在一些问题：首次不可逆容量大、嵌锂时会存在较大的体积效应(体积膨胀率300％)、循环过程中容易团聚等。

近年来，二氧化锡(SnO₂)负极材料具有优越的循环性能而受到极大关注，其理论容量(783mA h/g)已经达到了商业化石墨负极材料的两倍。然而，现有SnO₂和单质负极材料都在电化学过程中无法克服体积膨胀的应用瓶颈，锂离子电池的循环稳定性难以满足实际应用需求。因此，如何开发新的高循环稳定性，高容量的Sn基锂电负极材料具有重要意义。

研究表明，通过制备多形貌的Sn基复合材料，可以有效抑制Sn基颗粒的团聚，颗粒越小、比表面积越大，则材料与电解液的接触越好，Li⁺的迁移距离也会变短，这样更有利于锂离子电池负极材料循环性能的提升，同时还能缓解嵌锂时的体积效应，提高Sn基材料的电化学稳定性。

CN201610048730公开一种SnS₂-SnO₂纳米片状钠离子电池负极复合材料及其制备方法，其报到了以NaS·9H₂O为硫源，采用微波水热-水浴法制备了纳米片状SnS₂/SnO₂复合材料，将其用于钠离子电池负极，在100mA/g的电流密度下，其首次放电容量可达到1188.1036mAh/g，在800mA/g的电流密度下容量可保持在145mAh/g，库伦效率高于99％。但该文件中采用的NaS·9H₂O无机硫源水溶液在与Sn源溶液反应过程中因较快的S^2-的释放速率容易产生团聚，影响晶粒的结晶性和强度，导致材料在高能量条件下出现融化，减小与电解液的接触面积。从该文件制备的纳米片状SnS₂/SnO₂复合材料的SEM图中可以看出纳米片边缘出现熔融状态，团聚现象较明显，影响SnS₂/SnO₂复合材料与电解液的接触面积，且在锂离子电池充/放电过程中易出现材料粉化和从集流体脱落的情况，从而使锂离子电池的容量快速衰减，甚至出现跳水现象。

此外，目前报道的一维纳米材料如纳米棒、纳米管、纳米线等这些特殊的结构在电化学性能等方面会产生一些新颖的特点。Chen等制备的多级结构SnS₂/SnO₂/C复合材料在1C的电流密度下仍能保持550.8mAh/g的容量；Ren等制备的纳米花状SnS₂负极材料在1000mA/g的电流密度下循环500次仍能保持818.4mAh/g的容量。因此需要寻找一种可制备多级纳米结构Sn基材料的简单的方法。