一种水热煅烧法制备C/Sn/碳布负极材料的方法与流程

本发明属于自支撑柔性c/sn/碳布负极材料技术领域，特别涉及一种水热煅烧法制备c/sn/碳布负极材料的方法。

背景技术：

锡基材料是一种具有极大潜力的电极材料而备受研究者的青睐。锡作为钠离子电池的负极材料研究比较少，其具有较高的理论容量，但循环稳定性较差，主要原因是其在充放电过程中存在着较大的体积膨胀问题。目前解决体积膨胀问题常用的解决方法一是加入碳材料做为基体来缓冲体系；二是将sn颗粒纳米化，保证纳米颗粒充分分散，并且颗粒间留有足够空间。

据文献报道，碳材料作为基体，有利于电子的传输，可有效的提高复合材料作为钠离子电池负极材料的电化学性能。例如xiaojiali等人合理地设计了一种sn/sno2/多孔碳结构钠离子电池负极复合材料，多孔碳可以降低sn/sno2的体积膨胀，并且增强复合材料的导电性。同时sn/sno2纳米复合材料还表现出增强的储钠性能。siteli等人合成了蛋黄状的sn@c复合结构。该结构是由被碳包覆的锡组成，在碳壳层和锡之间有额外的空隙。这种新型纳米结构在锂/钠离子电池中均表现出良好的电化学性能。

由此可见，通过与碳材料的复合可以提高电极材料的循环稳定性，但是目前所采用的碳材料主要是碳纳米管，石墨烯类的高成本原料，这极大地限制了大批量生产，因此开发一种低成本且具有高容量的负极材料非常具有科学意义。

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一种水热煅烧法制备c/sn/碳布负极材料的方法，该方法制备的电极材料作为钠离子电池负极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，该制备方法简单，易于操作，并且成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水热煅烧法制备c/sn/碳布负极材料的方法，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，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，然后将碳布放入管式炉中，高温煅烧，保温，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。

所述c/sn/碳布负极材料在碳布上生长的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40～60％。

所述的步骤3)中水热釜反应条件为170～200℃下反应24～48h。

所述的步骤4)中烘箱内60℃干燥6～12h，管式炉高温煅烧800-1000℃，保温0.5-2h。

所述c/sn/碳布负极材料的粒径为200～500nm。

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-煅烧法制备了粒径为0.5～1μm的c/sn/碳布负极材料，以其作为负极材料组装成钠离子电池，由于sn具有较高的理论容量，同时碳布作为基体可以提高负极材料的导电性，缓解两者的体积膨胀。因此c/sn/碳布负极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。

本发明以sncl2·2h2o为锡源，蔗糖作为碳源，采用水热煅烧法制备了c/sn/碳布负极材料，均匀生长在碳布上的sn颗粒尺寸约5～10nm，并且纯度高，利用水热煅烧法制备的c/sn/碳布负极材料工艺参数易控制，可制备出高纯度的碳包覆结构的sn颗粒，大大的节约了能耗和生产成本。本发明制备的具有纳米尺寸的电极材料作为钠离子电池负极材料，可缩短钠离子传输途径，其大的比表面积更是增加了其与电解液的接触，提高钠离子电池的电化学性能。

附图说明

图1为实施例3所制备的c/sn/碳布负极材料的x-射线衍射(xrd)图谱。

图2为实施例3所制备的c/sn/碳布负极材料的扫描电镜(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40％，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，然后将碳布放入管式炉中，在800℃下煅烧，保温2h，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。

实施例2

1)将碳布裁剪成4×4cm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，然后将碳布放入管式炉中，在900℃下煅烧，保温2h，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。

实施例3

1)将碳布裁剪成5×5cm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60％，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，然后将碳布放入管式炉中，在1000℃下煅烧，保温2h，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。

如图1所示，用日本理学d/max2000pcx-射线衍射仪分析样品(c/sn/碳布负极材料)，发现样品与pdf卡片编号为65-5224的sn和pdf卡片编号为26-1080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/sn/碳布负极材料为粒径200～500nm的实心球状颗粒。

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5min；

2)将1.04gsncl2·2h2o加入40ml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0.10mol·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50％，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9h，然后将碳布放入管式炉中，在1000℃下煅烧，保温1h，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。

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0.14mol·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50％，然后在200℃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，然后将碳布放入管式炉中，在1000℃下煅烧，保温0.5h，自然冷却至室温，得到c/sn/碳布负极材料。