[发明专利]一种亚稳态锡基合金材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种亚稳态锡基合金材料及其制备方法。该材料主要由Sn、Ni两种金属元素组成，还可能含有Fe、Co等元素，形成亚稳态的主相为MSn5(M＝Ni，Fe0.5Ni0.5，Co0.5Ni0.5)的锡基合金材料，本发明通过在合成过程中引入晶种，诱导形成在常规方法难以合成的以锡、镍为主的锡基合金新相，该方法为其他亚稳态材料尤其是亚稳态锡基合金材料的合成提供一种新的方法和思路。所述MSn5合金材料可作为锂/钠离子电池活性负极材料，其中非活性的M金属的存在能够抑制Sn的团聚，提高材料的循环稳定性。

主权项

1.一种锡基合金材料，其特征在于，该材料主相为MSn₅合金，属于四方晶系，P4/mcc空间群，其中M为Ni、Fe_0.5Ni_0.5、Co_0.5Ni_0.5中的一种，材料表面具有一层无定形金属氧化物层。

2.如权利要求1所述的锡基合金材料，其特征在于，所述的MSn₅合金中存在化学计量比的M原子空位，即：M_aSn₅，其中a的范围为0＜a＜1。

3.如权利要求1所述的锡基合金材料，其特征在于，所述的MSn₅合金为Ni_aSn₅，或Fe_bNi_cSn₅，或Co_dNi_eSn₅，其中0.4＜a＜0.8，0＜b，c＜0.5，0＜d，e＜0.5。

4.如权利要求1所述的锡基合金材料，其特征在于，所述的无定形金属氧化物层厚度为3‑5nm。

5.一种锡基合金材料的制备方法，其特征在于，采用湿化学方法，包括如下步骤：

1)在惰性气氛条件下，将锡盐加入到含有表面稳定剂的有机溶剂中于130‑170℃搅拌溶解，获得含锡溶液；

2)在惰性气氛条件下，在含锡溶液中加入还原剂，将锡离子还原为单质锡，获得单质锡母相的分散液；

3)在惰性气氛条件下，升温至205℃，在单质锡母相分散液中引入Fe源、Co源、Cu源中的一种，搅拌反应形成NSn₅晶种，其中N为Fe、Co、或Cu；

4)在晶种形成后，降温至170℃，加入Ni源，搅拌反应后，冷却至室温；离心、洗涤，干燥，得到锡基合金材料。

6.根据权利要求5所述的锡基合金材料的制备方法，其特征在于，所述的锡盐采用亚锡盐，选自：硫酸亚锡、氯化亚锡、硝酸亚锡、草酸亚锡中的一种或多种；所述的有机溶剂为乙二醇、异丙醇、甘油、四甘醇、二乙醇胺、油胺、四氢呋喃中的一种或多种的混合；所述的表面稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚(2‑乙基‑2恶唑啉)(PEtOx)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、油胺中的一种或多种的混合。

7.根据权利要求5所述的锡基合金材料的制备方法，其特征在于，所述的还原剂为硼氢化钠、次亚磷酸钠、硼氢化铵、四丁基硼氢化铵、水合肼、活泼金属中的一种或多种组合。

8.根据权利要求5所述的锡基合金材料的制备方法，其特征在于，所述的Fe源、Co源、Cu源、Ni源分别是指相应金属盐分散于有机溶剂中所形成的溶液。

9.根据权利要求5所述的锡基合金材料的制备方法，其特征在于，所述的Fe源、Co源、Cu源的添加量如下：当制备的合金为NiSn₅时，添加后使得溶液中锡与所添加金属的摩尔比为：Sn:M＞200，其中M＝Fe/Co/Cu；当制备的合金为Fe_0.5Ni_0.5Sn₅或Co_0.5Ni_0.5Sn₅时，添加后使得溶液中锡与所添加金属的摩尔比为：8＜Sn:M＜20，其中M＝Fe/Co/Cu。

10.根据权利要求5所述的锡基合金材料的制备方法，其特征在于，所述的Ni源的添加量如下：当制备的合金为NiSn₅时，添加后使得溶液中锡与Ni的摩尔比3＜Sn:Ni＜6；当制备的合金为：Fe_0.5Ni_0.5Sn₅或Co_0.5Ni_0.5Sn₅时，添加后使得溶液中锡与Ni的摩尔比为：6＜Sn:Ni＜12。