[发明专利]锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种锡纳米球颗粒与碳纳米管复合的电极材料的制备方法及其产品和应用，借助微孔聚合物纳米空心管，微孔聚合物纳米空心管材料用作负载载体，通过高温碳化处理制备金属锡与碳纳米管复合的电极材料。本方法首次尝试将微孔聚合物纳米空心管材料用作负载载体，通过高温碳化处理制备金属锡与碳纳米管复合的电极材料。由于微孔碳纳米管是由微孔聚合物纳米管高温碳化而成，所以此纳米管的管壁也为微孔结构，此微孔结构可以牢固的将金属锡纳米颗粒稳定在管壁上，因此，此材料作为锂离子电池的负极材料可以有效防止金属锡在充放电过程中的团聚现象，提高充放电的循环稳定性。与此同时，碳材料还可以有利于提高锡基负极材料的导电性。

技术领域

本发明涉及一种锡纳米球颗粒与碳纳米管复合的电极材料的制备方法及其产品和应用。具体涉及一种借助管直径约为50 nm的微孔聚合物纳米管为载体，合成高分散的直径约为10-40 nm的金属锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料。

背景技术

由于金属锡等金属材料的储锂机理属于合金化储锂过程，此类金属材料在储锂时与锂离子发生反应生成各种锂基合金，与插入式储锂机理的石墨负极材料相比较，金属锡等金属材料具有更高的储锂容量，锡的理论容量可高达994 mAh/g。因此，锡基负极材料近年来受到广泛的关注。但由于金属锡在脱嵌锂的过程中体积膨胀非常严重，体积膨胀率可高达259%，因此在充放电过程中容易发生活性材料的粉化团聚等问题，造成容量衰减快，导致充放电的循环稳定性差。

为了解决锡材料在充放电过程中因体积膨胀导致的粉化团聚现象，人们采取了各种方法来提高锡纳米颗粒的分散性和稳定性，比如用碳材料包覆或者负载锡基纳米材料起到分散和锚定锡基纳米颗粒的作用，从而提高锡基材料在充放电过程中的循环稳定性。

微孔聚合物材料属于多孔有机聚合物材料中的一种，其本身含有孔径约2-3 nm的微孔结构，是一种特殊的多孔材料，将纳米颗粒负载到微孔的孔道中可以起到分散和锚定纳米颗粒的作用。在众多的微孔聚合物纳米材料中，微孔聚合物纳米空心管材料不仅管壁本身含有微孔结构，而且其管径约为50 nm左右，非常有利于溶液的浸润从而提高活性物质的负载率。

发明内容

针对锡基负极材料存在的问题及微孔聚合纳米空心管材料本身的结构特点，本发明目的在于提供一种锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料的制备方法，其特征在于借助微孔聚合物纳米空心管，微孔聚合物纳米空心管材料用作负载载体，通过高温碳化处理制备金属锡与碳纳米管复合的电极材料，技术方案如下：

a、锡盐的乙醇溶液的配制：配制100 ml浓度为50 mg/ml的锡盐的乙醇溶液加入到250 ml的三颈烧瓶中；

b、氮气置换：通过抽真空-充氮气操作将上述溶液中的空气用氮气置换，使三颈烧瓶中保持氮气气氛；

c、微孔聚合物纳米管的加入：称取30 mg微孔聚合物纳米管加入到上述氮气保护的溶液中，氮气保护下室温搅拌6-8 h；

d、抽滤并干燥：将上述混合液抽滤并收集固体粉末，将收集到的固体粉末在60℃下真空干燥3h；

e、高温碳化处理：将上述干燥后的固体粉末在氮气保护下800℃高温碳化处理6h，得到锡纳米球与碳纳米管复合的电极材料。

所述的微孔聚合物纳米管为：聚合物纳米管的管壁为微孔结构，孔径范围2-3 nm，纳米管的管径范围10-50 nm。

所述的锡盐为可溶于乙醇的无机锡盐，或二丁基锡类的可溶于乙醇的有机锡盐。