[发明专利]一种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料及其制备方法，涉及电池领域，该制备方法包括：(1)制备三维硫掺杂多孔碳。(2)将硫掺杂多孔碳与锡的氯化物以质量比1：0.2～5混合并溶解，辅助超声0.5‑2h，将该混合溶液转移到反应釜中，溶剂热法于150～220℃下保温1～10h，得到二氧化锡质量比5％‑60％的复合电极材料。通过这种方法制备的三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料的比电容、功率密度、能量密度、倍率性能、循环稳定性等性能得到极大地改善与提高，相较于现有的电极材料，该方法简单易操作，可用作新能源电动车电池包电极材料，促进新能源汽车的发展。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的可充电电源，具有工作电压高、能量密度高、自放电速率低、安全无污染等优点，在手机、笔记本电脑等便携式电子设备上得到了广泛的应用。目前，商用的锂离子电池负极材料主要是石墨/碳材料，具有较高的导电性，但其理论比容量较低、倍率性能较差，制约了其在下一代锂离子电池中的应用。金属氧化物具有较高的理论比容量，但是其导电性差，在反应过程中容易团聚，导致循环稳定性差，容量保持率低。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料及其制备方法，该电极复合材料的比容量大、倍率性能好、能量密度大，储能性能出色，可用于新能源汽车电池包电极材料，促进新能源汽车的发展。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料的制备方法，其包括：

将硫掺杂多孔碳与二氯化锡以质量比1：0.2～5混合并溶解，采用溶剂热法于150～220℃下保温1～10h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述采用溶剂热法过程中，升温速率为1～5℃/min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硫掺杂多孔碳中的硫原子掺杂量为1～30％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硫掺杂多孔碳是通过将碳源与硫酸盐混合，在惰性气氛下于450～800℃下保温碳化0.5～3h制备得到。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述碳源与硫酸盐的质量比为1：0.5～6。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述碳源选自油浆、沥青、蔗糖、葡萄糖、纤维素和淀粉中的至少一种。进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硫源选自硫酸镁、硫酸钠、硫酸铝、硫酸氢钠、硫酸钙和硫酸锌中的至少一种。进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备硫掺杂多孔碳的过程中的升温速率为2～10℃/min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，在保温碳化后，还包括对所得碳化才产物进行酸洗、水洗的步骤。

第二方面，本发明提供一种上述制备方法制得的三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料，硫原子的百分比含量为1～30％，锂离子存储容量为1000～3000mAh/g，能量密度为150～350wh/kg。与现有技术相比，本发明的有益效果例如包括：

本发明提供的这种三维硫掺杂多孔碳/二氧化锡复合电极材料的制备方法，以硫掺杂碳为载体，通过溶剂热法将过渡金属锡引入碳纳米层间和孔道中，使其与碳载体均匀而紧密的结合，得到硫掺杂碳/二氧化锡纳米复合体，可作为电极材料使用。通过对制备方法中的各反应参数进行优化，实现了对二氧化锡形貌、尺寸和分散性的有效调控，从而有利于进一步发挥硫掺杂碳与二氧化锡的协同作用。