PPy同轴纳米棒阵列结构材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构 及其制备方法，该材料可作为锂离子电池负极活性材料。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池作为一种绿色能源储存器件，现在已被广泛的应用于手机，电脑，电动 汽车等领域，所以研宄新型纳米结构来获得更高的容量、安全性能好、成本低廉的锂离子电 池已经成为当前研宄锂离子电池的前沿和热点。而Sn02作为锂离子电池的负极材料比目 前所使用的石墨具有着更高的理论容量，作为锂离子电池负极材料是非常具有潜力的。然 而Sn02S于锂离子电导率不高，在充放电过程中会有体积膨胀使结导致破坏结果使循环性 能比较差限制了它的应用。
[0003] 近年来，包覆方法因具有一系列优异特性而在电化学及能源领域得到了越来越多 的关注。包覆可以分为聚合物/无机物的核一壳结构纳米材料、碳/无机物核一壳结构的纳 米材料等，我们可以在电导率较低的纳米材料的外部包覆高的导电率包覆层，这样就会得 到高的电子电导率从而能够提获得高倍率的性能。所以我们采用电化学沉积的方法将PPy 生长在Sn02纳米棒的表面，这样可以起到缓冲层的作用，不仅提高了材料电导率，而且还有 效防止电极材料在锂离子嵌入/脱出时因体积变化而导致的结构破坏，有效改善电极材料 的循环稳定性。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种Sn02@PPy同轴纳米 棒阵列结构及其制备方法，其工艺简单、符合绿色化学的要求，其具有优良的电化学性能。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材 料，其为生长在泡沫镍上的Sn02纳米棒表面被聚合物吡咯（PPy)包覆的同轴结构，所述的 同轴结构的纳米棒长度为300-600nm，其采用下述方法制得，包括有以下步骤：
[0006] 1)将吡咯单体分散在高氯酸锂乙腈溶液中，其中吡咯单体浓度为 10-100mmol?L-1，高氯酸锂浓度为 10-100mmol?L-1，混合搅拌 30min;
[0007] 2)以已经生长Sn02纳米棒阵列的泡沫镍为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，以 铂电极为对电极在CHI760D电化学工作站上进行电沉积700s，电流密度1. 6mA/cm2,用去离 子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，真空干燥即得到Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料。
[0008] 按上述方案，所述的生长Sn02纳米棒阵列的泡沫镍的制备方法包括有以下步骤：
[0009] 1)在100ml的烧杯中加入0? 0038mol的 SnCl4. 5H20与0? 031mol的 NaOH然后再 加入30ml去离子水，在空气中搅拌30min;
[0010] 2)溶液中加入0? 0013mol的NH4F，继续搅拌30min;
[0011] 3)再把已经洗净酸化处理的泡沫镍放入反应釜中并倒入步骤2)所得溶液，将反 应釜放入200°C烘箱里进行水热反应24h，得到生长Sn02m米棒阵列的泡沫镍。
[0012] 所述的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料的制备方法，包括有以下步骤：
[0013] 1)将吡咯单体分散在高氯酸锂乙腈溶液中，其中吡咯单体浓度为 10-100mmol?L-1，高氯酸锂浓度为 10-100mmol?L-1，混合搅拌 30min;
[0014] 2)以已经生长Sn02纳米棒阵列的泡沫镍为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，以 铂电极为对电极在CHI760D电化学工作站上进行电沉积700s，电流密度1. 6mA/cm2,用去离 子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，真空干燥即得到Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料。
[0015] Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料作为锂离子电池负极活性材料的应用。
[0016] 本发明的有益效果是采用恒流计时法沉积聚吡咯的方法制备Sn02@PPy同轴结构 材料。Sn02表面被PPy包覆。在充放电循环过程中可以有效得提供限域空间，限制Sn02m 米棒的体积膨胀，有效的抑制Sn02纳米棒破裂，脱落进入电解液从而抑制SnO2纳米棒的容 量衰减，使其成为锂离子电池的潜在应用材料，符合绿色化学的要求，利于市场化推广。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例1的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料，Sn02m米棒的XRD 图；
[0018] 图2是本发明实施例1的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料的FTIR图；
[0019] 图3是本发明实施例1的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料的SEM图；
[0020] 图4是本发明实施例1的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料循环性能图。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0022] 实施例1 :
[0023] 1)在容器中加入 0? 0038mol的SnCl4. 5H20 与 0? 031mol的NaOH然后再加入 30ml 去离子水，在空气中搅拌30min;
[0024] 2)溶液中加入0? 0013mol的NH4F，继续搅拌30min;
[0025] 3)再把已经洗净酸化处理的泡沫镍（直径为2. 5cm的正方形）放入反应釜中并倒 入步骤2)所得溶液，将反应釜放入20(TC烘箱里进行水热反应24h，得到生长Sn02纳米棒 阵列的泡沫镍；
[0026] 4)将吡咯单体分散在50ml高氯酸锂乙腈溶液中，其中吡咯单体浓度为 lOmmol?L-1，高氯酸锂浓度为lOOmmol?L-1，混合搅拌30min;
[0027] 5)以已经生长Sn02纳米棒阵列的泡沫镍为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，以 铂电极为对电极在CHI760D电化学工作站上进行电沉积700s，电流密度1. 6mA/cm2,用去离 子水和无水乙醇反复洗涤所得产物，30°C真空干燥即得到Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材 料。
[0028] 以本发明的产物Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料为例，其结构由X-射线衍射 仪和傅立叶变换红外光谱仪确定。如图1所示，X-射线衍射图谱（XRD)表明，Sn02纳米棒 阵列与Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料，均为Sn02纯相，产物的衍射峰均与JCPDF卡片 No. 01-77-0450 (P42/mnm，a= 4.7421A,b= 4.742 丨A,c= 3.1901A:)对照一致，为正方晶 系。
[0029] 如图2所示，傅立叶变换红外光谱（FTIR)表明了Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构 材料的形成。如图3所示，Sn02纳米棒表面被聚合物吡咯（PPy)包覆的同轴结构，被聚合物 包覆的同轴结构纳米棒长度为300-600nm。
[0030] 本发明制备的Sn02@PPy同轴纳米棒阵列结构材料作为锂离子电池负极活性材料， 锂离子电池的制备方法其余步骤与通常的制备方法相同。将负载Sn02@PPy同轴纳米棒阵 列结构材料作为活性材料，直接将其组装成纽扣电池来测试性能。将活性材料置于70°C的 烘箱真空干燥24小时后备用。以1M的LiPF6溶解于乙烯碳酸酯（EC)和碳酸二甲酯（DMC) 中作为电解液，以活性材料为正极，以锂片为负极，Celgard2325为隔膜，CR2016型不锈钢 为电池外壳组装成扣式锂离子电池。
[0031] 以