蛋黄-壳结构二氧化锡-氮掺杂碳材料的制备方法

摘要

一种蛋黄-壳结构二氧化锡-氮掺杂碳材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。蛋黄-壳结构SnO₂@void@N-C材料以多孔亚微米二氧化锡SnO₂为核，直径为200～400纳米；氮掺杂碳N-C为壳，壳厚度为15～20纳米，空腔内径为300～500纳米，N-C壳中，N元素的质量分数为8%～12%。多孔SnO₂核缩短了锂离子扩散路程，SnO₂核与碳层之间的空隙可以有效缓冲SnO₂在充放电过程中的体积变化，氮掺杂碳N-C可以有效提高材料的导电性，因此该材料具有优异的电化学循环稳定性。通过控制多巴胺浓度或自聚时间可实现碳层厚度的调控，通过控制正硅酸乙酯的量可以调控空隙的大小，本发明可以较好地对材料结构进行控制，且工艺简单、操作方便。

主权项

一种蛋黄‑壳结构二氧化锡‑氮掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，其组成写成SnO₂@void@N‑C，多孔亚微米二氧化锡SnO₂为核，直径为200～400纳米；氮掺杂碳N‑C为壳，壳厚度为15～20纳米，空腔内径为300～500纳米，N‑C壳中，N元素的质量分数为8％～12％；制备工艺包括以下步骤：(1)配制乙醇和水的体积比为3:5的混合溶剂，将K₂SnO₃·3H₂O和尿素溶解于混合溶剂中使K₂SnO₃·3H₂O和尿素的物质的量浓度分别为15～17mmol/L和0.45～0.55mol/L；将上述溶液转移至聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，装满度为50％～80％，密封，140～150℃恒温反应2～3小时；将高压反应釜自然冷却至室温，得到白色沉淀，用无水乙醇洗涤并离心分离3～5次以除去沉淀吸附的金属离子，在60～80℃干燥8～12小时，得到多孔SnO₂球；(2)配制乙醇和水的体积比为4:1的混合溶剂，然后将步骤(1)制备的多孔SnO₂球分散于该混合溶剂中，配成质量浓度为0.4～0.6g/L的悬浮液；在搅拌过程中加入质量分数为25％～27％的氨水，使氨水与悬浮液的体积比为1:50～1:100；随后加入质量浓度为0.92～0.94g/mL的正硅酸乙酯TEOS，使得SnO₂与TEOS的质量比为1:12～1:36，室温下搅拌反应6～24小时获得白色沉淀，用无水乙醇洗涤并离心分离数次至离心液pH值为7～8，将白色沉淀在60～80℃干燥8～12小时，得到SiO₂包覆SnO₂球SnO₂@SiO₂；(3)将步骤(2)制备的SnO₂@SiO₂分散于水中配成质量浓度为2～3g/L的悬浮液，边搅拌边加入三羟甲基氨基甲烷Tris，将悬浮液的pH值调整到8～9；然后加入多巴胺且使多巴胺与SnO₂@SiO₂的质量比为1:1～1:2，室温搅拌12～24小时，之后用去离子水离心洗涤3～5次以除去未反应的多巴胺，在60～80℃干燥8～12小时即可得到多巴胺包覆SnO₂@SiO₂黑色沉淀SnO₂@SiO₂@多巴胺；将所得到的SnO₂@SiO₂@多巴胺在氮气或氩气保护下，以2～4℃/分钟的速率升温到150～170℃并保温1～2小时，再以3～5℃/分钟的速率升温到500～550℃并保温3～5小时获得SnO₂@SiO₂@N‑C；用质量分数为5％～10％的HF水溶液刻蚀SnO₂@SiO₂@N‑C 0.5～1小时，然后用去离子水离心洗涤数次至离心液pH值为6.5～7.0，即可获得蛋黄‑壳结构SnO₂@void@N‑C。