[发明专利]一种高性能多孔Sn3

说明书

本发明公开了一种高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料及其制备方法和应用，通过将商业化的微米级的SnO作为起始原料，添加P@F‑127、二氧化硅凝胶在水溶液中，通过充分的超声混合，将苯胺单体分散于其中，冰浴条件下加入过硫酸铵引发聚合反应，将反应后的产物经由洗涤干燥后通过Ar/H₂混合气热处理，最后通过氢氟酸水溶液去除二氧化硅，制备得到高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料。本发明还公开了该高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料及其应用。本发明根据锂电池以及钠电池负极材料充放电循环中易于发生体积效应的特点，利用价格低廉商业化微米级SnO作为起始原料，微米级SnO经过超声以及高温重新组装分散成纳米级的Sn₃O₄材料，并充分分散于富含杂原子掺多孔碳材料内部。

技术领域

本发明涉及锂/钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种高性能多孔 Sn₃O₄基碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效果、少污染以及自放电率小等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池，一致被认为是各种便携式电子设备及电动汽车用最为理想的电源。传统锂离子电池负极材料石墨虽然循环稳定性好以及性价比较高，但是由于其充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足动力系统特别是电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极具迫切性。

在众多锡氧化物中，Sn₃O₄具有很高的理论储锂容量(石墨的两倍)，作为锂离子电池负极材料可有效提高锂离子电池的能量密度，同时其安全性好、资源储备量丰富，是最具发展潜力的可代替石墨的锂离子电池负极材料之一。然而目前阻碍其实际应用的主要问题是其在循环充放电过程中会有较大的体积变化 (300％)，负极材料容易粉化，导致循环性能较差，此外，这类金属氧化物还存在导电性差的普遍问题，这也是影响其实际应用的一个重要因素。

目前，一氧化锡材料已经能实现大规模的生产。然而由于其粒径较大(微米级)，在电池材料中的应用时，循环性能以及倍率性能较差。如何拓展商业化一氧化锡的应用范围，已经成为制约其发展的瓶颈。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料的制备方法；

本发明的第二个目的是提供一种高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料；

本发明的第三个目的是提供一种高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料在锂离子电池方面的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料的制备方法，通过在高容量的纳米负极材料表面引入SiO₂层作为牺牲层，通过将商业化的微米级的SnO作为起始原料，添加P@F-127、二氧化硅凝胶在水溶液中以及通过充分的超声混合，将苯胺单体分散于其中，冰浴条件下加入过硫酸铵引发聚合反应，将反应后的产物经由洗涤干燥后通过Ar/H₂混合气热处理，最后通过氢氟酸水溶液去除二氧化硅，制备得到高性能多孔Sn₃O₄基碳复合材料。

进一步地，该制备方法具体包括以下步骤：

(1)取P@F-127分散于去离子水中，超声搅拌直至完全溶解，再取二氧化硅凝胶溶于其中，超声搅拌20分钟，使其完全溶解；