CN102054974B - 一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法，将锡球加入到葡萄糖的水溶液中，超声分散，随后转移到水热反应釜中，升温至160-200℃，保温30～720分钟，反应后离心分离，并干燥；随后在氮气气氛下进行热处理，得到最终产物。本发明方法中，以锡球作为牺牲性的模板，反应后不需要对模板进行去除，可以实现大量生产；通过简单的一步水热反应合成了二氧化锡/碳复合中空球，进一步简化了工艺步骤，降低了成本；而且二氧化锡与碳的比例可控，有利于后续的对二氧化锡/碳复合中空球材料的锂离子电池的性能的深入研究。

Description

一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法。
背景技术
二氧化锡具有比较高的理论容量，因此被认为是理想的锂离子电池负极石墨类碳材料的替代物之一。然而由于在充放电过程中巨大的体积变化，会导致二氧化锡电极材料的粉化，其容量会急剧下降；另外，二氧化锡电极材料的首次充放电效率很低，这些都限制了其作为锂离子电池负极材料的商业化应用。
将二氧化锡制备成中空球能够在一定程度上缓解上述问题，这是由于中空球具有较大的表面区域、较短的锂离子扩散长度和较强的对体积变化的适应能力。然而在充放电过程中，中空球的结构会发生破坏，单一的二氧化锡中空球很难获得较好的锂离子电池性能。最近，越来越多的工作集中于基于二氧化锡的复合中空球的研究。碳材料能够有效缓解二氧化锡在充放电过程中的体积变化，同时具有较高的导电性，因而二氧化锡/碳复合中空球被认为是最有前途的也是被研究得最多的基于二氧化锡的复合中空球。
目前，制备二氧化锡/碳复合中空球的方法主要是采用二氧化硅球或者碳球作为硬模板，反应中需要对模板进行去除；另外，这些方法都需要通过多步反应分别引入二氧化锡和碳成份，步骤繁琐，产量低，因而限制了二氧化锡/碳复合中空球的大量生产和应用。
发明内容
本发明提供了一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法，一步水热反应合成二氧化锡/碳复合中空球，方法简单可控，可大批量生产。
一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将锡球加入到葡萄糖的水溶液中，超声分散1～30分钟，制得混合溶液；其中，锡球与葡萄糖的质量比为1∶1000～1；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到水热反应釜中，升温至160～200℃，保温30～720分钟，降至室温，离心分离并干燥；
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为400～600℃，保温30～300分钟，得到二氧化锡/碳复合中空球。
所述的锡球的直径为10～10000纳米，葡萄糖水溶液的浓度为0.01～1摩尔/升。
本发明以锡球作为牺牲性的模板，在水热反应中，锡球逐渐被氧化为二氧化锡，由于这个氧化过程伴随着克根达尔效应，因而锡球会转变为二氧化锡中空球；同时在水热反应中，葡萄糖提供碳源，在二氧化锡中空球的表面均匀沉积一层厚度可控的碳层，最终形成二氧化锡/碳复合中空球。
相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明方法以锡球作为牺牲性的模板，反应后不需要对模板进行去除，不需要使用二氧化硅球等硬模板来实现中空的结构，可以实现大量生产；
(2)本发明方法通过简单的一步水热反应合成了二氧化锡/碳复合中空球，进一步简化了工艺步骤，降低了成本；
(3)本发明方法中二氧化锡与碳的比例可控，有利于后续的对二氧化锡/碳复合中空球材料的锂离子电池的性能的深入研究。
附图说明
图1为实施例1制得的二氧化锡/碳复合中空球的扫描电镜照片；
图2为实施例1制得的二氧化锡/碳复合中空球的透射电镜照片；
图3为实施例1制得的二氧化锡/碳复合中空球的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1：
(1)将200毫克直径约为100纳米的锡球加入到40毫升0.25摩尔/升葡萄糖水溶液中，并超声10分钟。
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到50毫升水热反应釜中，升温至180℃，保温180分钟，降至室温，离心分离并干燥。
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为500℃，保温180分钟，得到最终产物，为二氧化锡/碳复合中空球。
图1、图2和图3分别是由本实施例合成的二氧化锡/碳复合中空球的扫描电镜照片、透射电镜照片和X射线衍射图谱。从图1～3中可见，得到的复合中空球直径为100～200纳米，表面碳层的厚度为10～20纳米，且X射线衍射图谱显示结晶相为SnO2的单一相。
实施例2：
(1)将60毫克直径约为10纳米的锡球加入到40毫升0.01摩尔/升葡萄糖水溶液中，并超声1分钟。
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到50毫升水热反应釜中，升温至160℃，保温720分钟，降至室温，离心分离并干燥。
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为400℃，保温300分钟，得到最终产物，为二氧化锡/碳复合中空球。其结果和实施例1相似。
实施例3：
(1)将20毫克直径约为1000纳米的锡球加入到40毫升0.25摩尔/升葡萄糖水溶液中，并超声20分钟。
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到50毫升水热反应釜中，升温至170℃，保温360分钟，降至室温，离心分离并干燥。
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为450℃，保温200分钟，得到最终产物，为二氧化锡/碳复合中空球。其结果和实施例1相似。
实施例4：
(1)将200毫克直径约为10000纳米的锡球加入到40毫升0.5摩尔/升葡萄糖水溶液中，并超声30分钟。
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到50毫升水热反应釜中，升温至190℃，保温60分钟，降至室温，离心分离并干燥。
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为550℃，保温100分钟，得到最终产物，为二氧化锡/碳复合中空球。其结果和实施例1相似。
实施例5：
(1)将8毫克直径约为100纳米的锡球加入到40毫升1摩尔/升葡萄糖水溶液中，并超声15分钟。
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到50毫升水热反应釜中，升温至200℃，保温30分钟，降至室温，离心分离并干燥。
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为600℃，保温30分钟，得到最终产物，为二氧化锡/碳复合中空球。其结果和实施例1相似。

Claims (2)

1.一种二氧化锡/碳复合中空球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将锡球加入到葡萄糖的水溶液中，超声分散1～30分钟，制得混合溶液；其中，锡球与葡萄糖的质量比为1∶1000～1；所述的锡球的直径为10～10000纳米；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到水热反应釜中，升温至160～200℃，保温30～720分钟，降至室温，离心分离并干燥；
(3)将步骤(2)得到的产物在氮气气氛中进行热处理，热处理温度为400～600℃，保温30～300分钟，得到二氧化锡/碳复合中空球。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的葡萄糖水溶液的浓度为0.01～1摩尔/升。
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