[发明专利]超结构锡碳-氧化钼复合材料的制备方法及其应用于电极

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，涉及一种超结构锡碳‑氧化钼复合材料的制备方法及其应用于电极。首先配制碱性溶液使pH值为8.0～10.5，将磷钼酸盐溶解其中，再将锡基纳米颗粒分散于中，另配制等体积的盐酸多巴胺碱性溶液，磷钼酸与多巴胺发生配位聚合反应，吸附溶液中的锡基纳米颗粒并通过自组装形成超结构前驱体；将超结构前驱体离心、洗涤、干燥，在保护气氛中碳化，即得。本发明制备工艺简单，通过构建超结构实现了锡基纳米颗粒在三维碳骨架中的均匀分散，在碳化过程中锡基纳米颗粒被还原成纳米锡的同时还会起到造孔作用，能够有效抑制锡基材料在充放电过程中体积膨胀、粉化的发生；聚多巴胺在提供碳源的同时原位掺杂氮原子，提高材料导电率。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种超结构锡碳-氧化钼复合材料的制备方法及其应用于电极。

背景技术

锂离子电池因具有电压高、能量密度大、安全性好、质量轻、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，被广泛关注，锂离子电池电极材料也己成为电池界研究的热点。石墨是目前己经商品化的锂离子电池的负极材料，它具有良好的循环性能。但是石墨的容量较低，且其储锂后电极电位与金属锂相近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，形成枝晶而引起短路等缺点。

锡基材料因为其容量高，加工性能好、导电性好、不存在溶剂共嵌入问题、具有快速充放电能力等，被认为是有可能代替碳负极材料的候选者之一。但是Li-Sn合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化，容易造成锡颗粒的粉化，引起活性材料从集流体脱落，导致锡基材料循环寿命较短。同时，当锡颗粒裸露于电解液中，在锡表面会形成不稳定的SEI膜，降低了电极材料的循环性能。因此若能解决锡负极在嵌脱锂过程中的粉化、导电性及形成不稳定的SEI等问题，为锡负极在电子产品和新能源汽车领域的应用铺平道路，将有利于改善人们的生活和环境。

为解决锡负极在嵌脱锂过程的粉化、SEI不稳定等问题，普遍采用表面包覆的方法来提高锡负极材料的循环性能。一方面，纳米锡可以减小锂离子嵌入引起的锡颗粒的绝对体积变化，减小复合材料的内应力；另一方面，在纳米锡表面包覆导电性良好的材料会增加其导电性，同时又避免了锡与电解液的直接接触，从而形成的稳定的SEI膜。CN2017113176636《一种复合包覆的纳米锡负极材料及其制备方法和应用》，采用纳米铜和碳协同包覆纳米锡，避免纳米锡与电解液的直接接触，形成稳定的SEI、增加电极的导电性，该材料作为锂离子电池负极材料时，具有优异的电化学性能。CN201810028108X《生物质碳-锡储能材料及其制备方法》，提供一种生物质碳-锡储能材料及其制备方法，以蚕沙为载体，通过四氯化锡水解沉积二氧化锡，然后高温碳化，生成碳-锡材料，该材料比现有的石墨类负极材料拥有更高的比容量。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提高锡负极的电化学稳定性，本发明目的在于提供一种超结构锡碳-氧化钼复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种超结构锡碳-氧化钼复合材料的制备方法，包括如下步骤：

A、配制碱性溶液使pH值为8.0～10.5，将磷钼酸盐溶解于其中，再将锡基纳米颗粒分散于磷钼酸盐溶液中，另配制等体积的盐酸多巴胺碱性溶液，在搅拌条件下将两种溶液进行混合，所述混合溶液中磷钼酸盐与盐酸多巴胺的摩尔比为1∶0.5～5，优选1：1～2，磷钼酸与盐酸多巴胺发生配位聚合反应，同时吸附溶液中的锡基纳米颗粒并通过自组装形成超结构前驱体，其中超结构自组装的反应温度为20～60℃，组装时间1～4h；

B、将超结构前驱体离心、洗涤、干燥，然后在保护气氛中进行碳化，碳化温度为500℃～800℃，碳化时间为1～4h，优选炭化温度600℃～700℃，炭化时间2h，即得。

本发明较优公开例中，步骤A中所述配制的碱性溶液溶剂为水或水和乙醇的混合溶液，溶质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨水或三羟甲基氨基甲烷（tris）中的一种或几种，乙醇溶液浓度为10～50%。