一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料及其制备方法，该锂电池负极材料包括SnS与g

【技术实现步骤摘要】
一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，更具体地，涉及一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为二次可充电池，由于其能量密度高，工作电压范围宽，工作寿命长，环境友好，近年来备受关注。SnS的合成元素在地球上储备丰富，且无毒、低成本。由于其在电池中的巨大潜力，在过去几十年中作为储能材料受到越来越多的关注。由于其独特的2D层状结构和半导体性质，SnS材料通常具有优异的化学稳定性和高理论比容量及可逆性。作为一种通过合金化/脱合金化反应来储存不同碱金属离子的有前景的基体材料，SnS在电池中具有广阔的电化学前景。但是，锡基硫化物在离子脱嵌过程中的体积膨胀会导致电池的循环稳定性差，这限制了其作为锂离子电池负极材料的发展。
[0003]g
‑
C3N4是由结构单元三嗪环(C3N3)被N连接组成的类石墨的层状平面结构，其结构有着特殊性，在超过550℃高温条件下，g
‑
C3N4会发生裂解，产生多孔结构，表面积大，可充当软模版，为离子和电子的扩散缩短路径。中国专利CN109286009A公开了一种纳米片自组装三维纳米花硫化锡/石墨化氮化碳锂离子电池负极材料的制备方法，制备得到的锂离子电池负极材料中包覆在硫化亚锡表面的g C3N4可以缓解SnS2充放电过程中的体积变化。中国专利文献CN110311119A公开了一种锂离子电池负极材料SnS/ND
‑
CN的制备方法，该方法制备的SnS/ND
‑
CN实现了SnS纳米化，形成纳米片状结构的SnS/ND
‑
CN，其具有较大的比表面积，增加了与电解液接触的机会和反应活性位点，有利于锂离子的迁移，以及缓解充放电过程中的体积变化。
[0004]然而，CN
‑
SnS作为锂离子电池负极材料，g
‑
C3N4的导电性稍弱，锡基硫化物仍然有着较大的体积应变，导致锂离子电池循环稳定性不佳。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料及其制备方法，将高导电率聚苯胺包覆在C3N4‑
SnS电极材料表面，旨在解决现有C3N4‑
SnS电极材料由于g
‑
C3N4导电性弱、SnS在充放电过程中体积膨胀大导致电池电化学性能差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料，其包括SnS与g
‑
C3N4构筑的复合纳米片，以及包覆在所述复合纳米片表面的碳层，所述碳层采用的材料为聚苯胺；在该负极材料中，碳元素的质量分数为30％
‑
40％。
[0007]按照本专利技术的另一方面，还提供了一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0008]S1、制备g
‑
C3N4；
[0009]S2、将步骤S1制备的g
‑
C3N4和锡源、硫源直接混合搅拌反应，再加入质子酸、苯胺单
体和引发剂使得在酸性条件下原位合成聚苯胺，得到PANI@CN/SnS前驱体；
[0010]S3、将步骤S2制得的PANI@CN/SnS前驱体加热保温，然后于保护气氛中高温碳化，冷却后即得PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料。
[0011]优选地，步骤S1中，制备g
‑
C3N4的具体过程如下：将原料以3℃/min
‑
5℃/min的升温速率，升温至500℃
‑
600℃保温煅烧2h
‑
4h，得到g
‑
C3N4；其中，所述原料为双氰胺、尿素、三聚氰胺和硫脲中的至少一种。
[0012]优选地，步骤S2中，所述硫源为硫代乙酰胺和硫脲中的至少一种。
[0013]优选地，步骤S2中，所述锡源和所述硫源按照Sn元素和S元素摩尔比1:(1
‑
2)进行混合。
[0014]优选地，步骤S2中，所述质子酸为盐酸和硫酸中的至少一种，所述引发剂为过硫酸盐、重铬酸盐和过氧化氢中的至少一种。
[0015]优选地，所述质子酸为盐酸，所述引发剂为过硫酸铵，盐酸、苯胺单体和过硫酸铵的摩尔比为(1
‑
1.5):1:(1
‑
3)。
[0016]优选地，步骤S2中，合成聚苯胺的过程中温度控制在5℃以下，反应时间为10h
‑
14h。
[0017]优选地，步骤S3中，所述PANI@CN/SnS前驱体在油浴中加热保温10h
‑
12h，所述油浴温度为60℃
‑
85℃。
[0018]优选地，步骤S3中，所述保护气氛是氩氢混合气体，所述高温碳化过程是以5℃/min
‑
10℃/min的升温速率，升温至700℃
‑
900℃后，恒温2h
‑
4h。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术通过利用高导电性的聚苯胺作为碳层包覆C3N4‑
SnS复合物得到锂离子电池负极材料，该材料的多孔片层结构可以有效缓解SnS充放电过程中的体积膨胀，暴露更多活性位点，缩短离子与电子的传输路径，使得其具有较高的比容量和优异的循环稳定性，比容量在200mA/g电流密度下循环100圈，仍可维持760mAh/g左右，对于电化学性能优异的锂离子储能设备的实际应用有重要参考价值。
[0021](2)目前通常是将g
‑
C3N4与锡源、硫源通过水热法制备C3N4‑
SnS复合物，但水热法需要高温高压步骤，使其对生产设备的依赖性比较强；并且关于水热法晶核形成过程和晶体生长过程影响因素的控制等很多方面缺乏深入研究，以致实验重复性差，也不便于放大成批量实验。本专利技术利用溶液一步法原位制备具有高导电性PANI包覆的C3N4‑
SnS电极材料，操作步骤简单，重复性好，得到的产物产量高、组分分散均匀，且电化学性能优异。
[0022](3)本专利技术制备方法可采用的合成原料丰富，无严格限制性，不产生污染，使用设备简单、能耗低，成本低廉。
[0023](4)本专利技术制备方法通过严格控制聚苯胺聚合的反应物浓度、反应温度，以在C3N4‑
SnS复合物表面形成形态均匀、电导率高的聚苯胺碳层，从而提高电池负极材料性能。
附图说明
[0024]图1是本专利技术制备PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料的工艺流程图；
[0025]图2是本专利技术实施例1制备的PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料在500nm标尺下的
SEM图；
[0026]图3是本专利技术实施例1制备的PANI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料，其特征在于：包括SnS与g
‑
C3N4构筑的复合纳米片，以及包覆在所述复合纳米片表面的碳层，所述碳层采用的材料为聚苯胺；在该负极材料中，碳元素的质量分数为30％
‑
40％。2.一种权利要求1所述的PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备g
‑
C3N4；S2、将步骤S1制备的g
‑
C3N4和锡源、硫源直接混合搅拌反应，再加入质子酸、苯胺单体和引发剂使得在酸性条件下原位合成聚苯胺，得到PANI@CN/SnS前驱体；S3、将步骤S2制得的PANI@CN/SnS前驱体加热保温，然后于保护气氛中高温碳化，冷却后即得PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料。3.根据权利要求2所述的PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备g
‑
C3N4的具体过程如下：将原料以3℃/min
‑
5℃/min的升温速率，升温至500℃
‑
600℃保温煅烧2h
‑
4h，得到g
‑
C3N4；其中，所述原料为双氰胺、尿素、三聚氰胺和硫脲中的至少一种。4.根据权利要求2所述的PANI@CN/SnS锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述硫源为硫代乙酰胺和硫脲中的至少一种。5.根据权利要求2所述的PANI@CN...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯朝辉，罗佳，尹红，王溦，陈梁，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：