钠离子电池负极用C/SnO2/碳布复合材料的制备方法与流程

本发明属于钠离子电池合金类负极材料技术领域，特别涉及钠离子电池负极用c/sno2/碳布复合材料的制备方法。

背景技术：

随着弯曲可折叠电子设备的发展，开发具有高能量密度的柔性电池是当前的研究热点之一。开发柔性电池的重点在于研制出无粘结剂，无集流体的高能量密度电极材料。目前，钠离子电池负极主要采用碳石墨化负极材料，虽然碳石墨化负极材料具有较好的循环稳定性，但是容量只有250～300mah/g的理论容量。在对负极材料的研究中，sno2在钠离子电池中的理论容量达到667mah/g，引起了电池材料界的广泛关注。

然而，sno2具有很大的体积效应，导致在充放电过程中材料的粉化脱落，降低了电池的效率和循环性能，极大地影响了这类材料的实际应用。而将负极材料纳米化、与碳基材料复合以及制备自支撑电极等可以一定程度的缓解体积膨胀带来的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供钠离子电池负极用c/sno2/碳布复合材料的制备方法，该方法所制备的c/sno2/碳布复合材料相比传统电极具有可弯曲折叠，组装简单，无需集流体等优点，同时由于活性物质占比大，其电化学性能也很优异。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

钠离子电池负极用c/sno2/碳布复合材料的制备方法，包括以下步骤；

1)对碳布进行预处理，先将碳布裁剪成(1.5～5)×(1.5～5cm)的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2-5min，使碳布表面增加活性位点，更易附着生长金属离子；

2)将0.11～2.18g的sncl2·2h2o溶于10～50ml去离子水中搅拌均匀得溶液a1，向溶液a1中加入0.23～1.52g蔗糖，然后超声处理，得溶液a2，使蔗糖和sn²⁺充分作用得到均匀的混合液；

3)将步骤2)得到的混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器中，反应结束后自然冷却至室温，然后取出反应得到的碳布；

4)将步骤3)得到的碳布放入烧杯中，用乙醇清洗2h，去离子水清洗2h，然后放入烘箱内干燥，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。

所述c/sno2/碳布复合材料为均匀的实心球结构。

所述超声处理采用的超声功率为50～100w，时间为5～20min。

所述步骤2)中混合液中sn²⁺的浓度为0.01～0.97mol·l^-1。

所述sncl2·2h2o与蔗糖的质量比为0.07～4.5:1。

所述水热釜的填充度控制在30～60％，水热釜反应条件为170～200℃下反应24～48h。

所述的步骤4)中烘箱内反映条件为60℃干燥6～12h。

所述c/sno2/碳布复合材料的粒径为0.5～1μm，并且sno2颗粒与碳布的结合是紧密的。

本发明的有益效果：

本发明以水为溶剂，以sncl2·2h2o作为锡源，蔗糖作为碳源，采用水热法制备了粒径为0.5～1μm的c/sno2/碳布复合材料，以其作为负极材料组装成钠离子电池，由于sno2具有较高的理论容量，同时碳壳的包覆可以缓解充放电过程中体积膨胀带来的应力变化，碳布作为基体可以提高负极材料的导电性。因此c/sno2/碳布复合材料表现出了较好的电化学性能。另外，本发明制备方法工艺简单，使用的碳源成本低廉，反应温度低、重复性高、周期短、能耗低，节约生产成本，适合大规模生产制备的需要，并在钠离子电池应用方面具有显著的科学意义。

附图说明

图1为实施例2所制备的c/sno2/碳布复合材料的x-射线衍射(xrd)图谱。

图2为实施例2所制备的c/sno2/碳布复合材料的扫描电镜(sem)照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

1)将碳布裁剪成3×3cm的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2min；

2)将0.11gsncl2·2h2o加入10ml去离子水中，搅拌至sncl2·2h2o完全溶解后得溶液，向溶液中加入0.23g蔗糖，然后超声处理5min(超声功率为100w)，得到均匀的混合液，然后将碳布加入混合液中，混合液中sn²⁺的浓度为0.01mol·l^-1；

3)将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器(烟台科立化工设备有限公司，kljx-8a)中，填充度为30％，然后在170℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；

4)将反应后得到的碳布取出在乙醇和水中各清洗2h，然后放入烘箱内60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。

实施例2

1)将碳布裁剪成3×3cm的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2min；

2)将0.52gsncl2·2h2o加入20ml去离子水中，搅拌至sncl2·2h2o完全溶解后得溶液，向溶液中加入1.52g蔗糖，然后超声处理5min(超声功率为100w)，得到均匀的混合液，然后将碳布加入混合液中，混合液中sn²⁺的浓度为0.04mol·l^-1；

3)将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器(烟台科立化工设备有限公司，kljx-8a)中，填充度为50％，然后在180℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；

4)将反应得到的碳布取出在乙醇和水中各清洗2h，然后放入烘箱内60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。

如图1所示，用日本理学d/max2000pcx-射线衍射仪分析样品(c/sno2/碳布复合材料)，发现样品与pdf卡片编号为41-1445的sno2和pdf卡片编号为22-1069的c结构一致；

如图2所示，将该样品用美国fei公司s-4800型的场发射扫描电子显微镜(fesem)进行观察，可以看出所制备的c/sno2/碳布复合材料为粒径0.5～1μm的实心球状颗粒。

实施例3

1)将碳布裁剪成3×3cm的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2min；

2)将0.52gsncl2·2h2o加入20ml去离子水中，搅拌至sncl2·2h2o完全溶解后得溶液，向溶液中加入1.24g蔗糖，然后超声处理5min(超声功率为100w)，得到均匀的混合液，然后将碳布加入混合液中，混合液中sn²⁺的浓度为0.04mol·l^-1；

3)将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器(烟台科立化工设备有限公司，kljx-8a)中，填充度为50％，然后在180℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；

4)将反应得到的碳布取出在乙醇和水中各清洗2h，然后放入烘箱内60℃干燥6h，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。

实施例4

1)将碳布裁剪成3×3cm的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2min；

2)将1.04gsncl2·2h2o加入20ml去离子水中，搅拌至sncl2·2h2o完全溶解后得溶液，向溶液中加入1.52g葡萄糖，然后超声处理5min(超声功率为100w)，得到均匀的混合液，然后将碳布加入混合液中，混合液中sn²⁺的浓度为0.10mol·l^-1；

3)将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器(烟台科立化工设备有限公司，kljx-8a)中，填充度为60％，然后在200℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；

4)将反应后得到的碳布取出在乙醇和水中各清洗2h，然后放入烘箱内60℃干燥6h，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。

实施例5

1)将碳布裁剪成3×3cm的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2min；

2)将2.18gsncl2·2h2o加入50ml去离子水中，搅拌至sncl2·2h2o完全溶解后得溶液，向溶液中加入1.52g葡萄糖，然后超声处理5min(超声功率为100w)，得到均匀的混合液，然后将碳布加入混合液中，混合液中sn²⁺的浓度为0.14mol·l^-1；

3)将混合液转移至聚四氟乙烯水热釜后将所述聚四氟乙烯水热釜置于均相反应器(烟台科立化工设备有限公司，kljx-8a)中，填充度为60％，然后在180℃下反应48h，反应结束后自然冷却至室温；

4)将反应后得到的碳布取出在乙醇和水中各清洗2h，然后放入烘箱内60℃干燥12h，自然冷却至室温，得到c/sno2/碳布复合材料。