[发明专利]一种三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料，该负极材料包含双层碳和氧化锡基材料，氧化锡基材料包覆在内层碳表面，外层碳包覆在氧化锡基材料表面并且互相侨联成三维网络结构。碳包覆技术能够有效保护氧化锡基负极材料在充放电循环过程中的体积结构稳定性，双碳限域能够有效缓解氧化锡基材料体积变化并且改善氧化锡基材料导电性，解决了氧化锡基材料在充放电过程中体积变化较大、电极稳定性差的问题。同时三维桥联结构大比表面积能够实现活性材料与电解液的充分接触促进容量改善。本发明的三维桥联双碳限域氧化锡基负极材料应用在钾离子电池中，倍率容量高、循环性能好，适合大规模使用储能。

技术领域

本发明属于新型离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电车、智能电网等大型储能系统的发展，锂离子电池的劣势逐渐明显，锂资源储量有限使其成本较高，限制了其在大型储能系统中的应用，且已无法满足人们日益增长的能源需求，而钾离子电池由于具有成本低、储量丰富、分布广泛的特点，将逐渐成为锂离子电池的理想替代者。

合金负极氧化锡基材料由于其具有较高的理论容量，小极化电压和适中的工作电压的特点，可作为钾离子电池的负极材料。但是氧化锡基材料在充放电过程中体积变化较大，电极稳定性差，易造成颗粒粉化并降低容量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料及其制备方法和应用，以解决氧化锡基材料在充放电过程中体积变化较大、电极稳定性差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料，包括双层碳和氧化锡基材料，氧化锡基材料包覆在内层碳表面，外层碳包覆在氧化锡基材料表面并且互相侨联成三维网络结构；

所述氧化锡基材料为氧化锡材料或氧化锡/硫化锡材料。

优选地，双碳限域氧化锡基负极材料中氧化锡基的质量分数为60％～90％，双碳的质量分数为10％～40％。

本发明还公开了上述三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料的制备方法，当氧化锡基材料为氧化锡材料时，制备方法如下：

S1、将葡萄糖溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液A；

S2、将前驱体溶液A进行水热反应得到碳球；

S3、将碳球、氯化锡溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液B；

S4、将前驱体溶液B进行水热反应得到氧化锡包覆碳球；

S5、将氧化锡包覆碳球、碳源溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液C；

S6、将前驱体溶液C进行水热反应得到目标产物三维桥联的双碳限域氧化锡负极材料。

优选地，步骤S1中，葡萄糖与去离子水的用量比为3g：30ml；

步骤S3中，碳球、氯化锡与去离子水的用量比为0.12g：(0.26～0.78)g：30ml；

步骤S5中，碳源为葡萄糖、盐酸多巴胺或淀粉。

优选地，步骤S2中，水热反应温度为160～200℃，反应时间为8h；

步骤S4与S6中，水热反应温度为160～200℃，反应时间为12h。

本发明公开了上述三维桥联的双碳限域氧化锡基负极材料的制备方法，当氧化锡基材料为氧化锡/硫化锡材料时，制备方法如下：

S1、将葡萄糖溶解在去离子水中搅拌均匀得到前驱体溶液A；