[发明专利]一步法制备N-掺杂多孔碳包覆SnO2

说明书

本发明提供一种一步法制备N‑掺杂多孔碳包覆SnO₂/Co₃O₄复合材料的方法及其应用。本方法以NaCl作为造孔硬模板，含氮有机物作为碳源，加入锡源及钴源，在高温管式炉中采用分段保温得到碳化产物，再溶解掉碳结构中的NaCl及其它杂质得到N‑掺杂多孔碳包覆SnO₂/Co₃O₄复合材料。本发明制备得到的N‑掺杂多孔碳包覆SnO₂‑Co₃O₄复合材料作为锂离子电池负极材料，表现出较高的可逆容量和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种一步法制备N-掺杂多孔碳包覆 SnO₂-Co₃O₄复合材料的方法及其应用。

背景技术

锂离子电池因具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点而被广泛应用于移动电子设备、航天航空设备等领域。其负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池性能得到提升的关键因素之一。因此如何得到性能优异的锂离子电池负极材料十分重要。近年来，TiO₂、SnO₂、SnO、CoO、CuO、NiO等金属氧化物作为新型锂离子电池负极材料得到了广泛的关注和研究。

SnO₂基负极材料由于其较高的比容量、安全的脱嵌锂电位和简单的制备方法等优点成为研究热点。然而，SnO₂在锂离子脱嵌过程中伴随着巨大的体积变化，导致电极材料结构被破坏，失去电化学反应活性，循环性能下降，这限制了其实际应用。过渡金属氧化物Co₃O₄由于其化学稳定性好以及完全可逆的电化学反应得到了研究者的广泛关注。但是，Co₃O₄与SnO₂类似，也存在如下缺点：初始不可逆容量损失大，在充放电过程中体积变化大，电压极化严重以及导电性能较差，这些缺点同样限制了其在能源存储系统的应用。为了解决上述问题，利用SnO₂、Co₃O₄不同的嵌锂电位将两者复合，当嵌锂电位达到 SnO₂的电化学反应电位时，SnO₂作为活性材料参与反应，Co₃O₄作为非活性材料可以缓解SnO₂在锂离子脱嵌过程中的体积膨胀；而当嵌锂电位达到Co₃O₄的电化学电位时，Co₃O₄作为活性材料参与电化学反应，SnO₂作为非活性材料，也能够有效地缓解Co₃O₄在锂离子脱嵌过程中的体积膨胀。例如，Ning Wan等人采用水热法合成Co、N共掺杂的SnO₂纳米粉体作为锂离子电池负极材料，50圈循环后容量保持在800mAhg^-1(Improved Li storage performance in SnO₂nanocrystals by a synergetic doping,Scientific Reports,2016,6,18978)。 XueqianZhang等人采用微波水热及煅烧处理的方法制备了石墨烯负载Co掺杂SnO₂的复合结构，该材料作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环稳定性，100圈循环后可逆容量维持在600mAhg^-1(Flexible carbonized cotton covered by graphene/Co-doped SnO₂ asfree-standing and binder-free anode material for lithium-ions batteries,Electrochimica Acta, 2016,222,518)。