[发明专利]锂离子电池用稀土金属-硫化锡/石墨烯负极材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及制备一种锂离子电池技术领域的负极材料，具体为制备一种稀土金属和石墨烯掺杂的硫化锡负极材料，即铈（Ce）和石墨烯（graphene）掺杂的硫化锡（SnS₂）（以下简称Ce-SnS₂/graphene）锂离子电池负极材料。

背景技术

锡基材料以其高的理论容量、低成本、低毒性、宽广的实用性是理想的锂离子电池负极材料。文献“《Journal of Power Sources》，98-97(2006)pp.198-200”公开了采用声化学法合成的硫化锡材料。方法是将SnC1₄·5H₂O和硫代乙酰胺溶解在水中，再对水溶液在空气中进行声处理，得到不定型的SnS₂，而后将其在400℃下煅烧得到晶体SnS₂。经过电化学性能测试，其首次放电容量可达到600mAhg^-1，经过25次循环后放电容量保持400mAhg^-1(在电流密度0.1C,电压范围0-2.0V)。

但是，文献中制备的纯相SnS₂具有如下不足：SnS₂电极首次放电容量和循环后保持容量较低（即循环性能欠佳）。这是由于锡在充放电循环过程中，体积发生了膨胀和收缩，引起晶粒破碎，结构崩塌，导致电极的破坏，减少了电极的循环寿命，并且其在脱插锂反应时容易“团聚”，致使初始不可逆容量增大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种锂离子电池用稀土金属-硫化锡/石墨烯负极材料的制备，克服纯相SnS₂首次放电容量和循环后保持容量较低的不足。

技术方案

一种锂离子电池用稀土金属-硫化锡/石墨烯负极材料的制备，其特征在于步骤如下：

步骤1：将摩尔比为2﹕0.1﹕6﹕0.1的SnCl₄·5H₂O﹕Ce(NO₃)₃·6H₂O﹕CH₃CSNH₂﹕CTAB溶解在水和乙醇的混合溶液；所述水和乙醇的的体积比为1:4；

步骤2：再加入含有氧化石墨烯的水溶液，搅拌直至完全溶解；所述水溶液中氧化石墨烯的溶解度为0.0～0.60g/100gH₂O；

步骤3：然后转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，160~190℃下反应24~36h；

步骤4：再离心分离，洗涤，再放入烘箱，置于烘箱中45~60℃干燥，得到前驱体；

步骤5：将前驱体在氩气保护下于管式炉中400~500℃烧结1.5~2h，得到Ce-SnS₂/graphene材料。

有益效果

本发明提出的一种锂离子电池用稀土金属-硫化锡/石墨烯负极材料的制备，采用简单的水热法得到Ce-SnS₂/graphene材料。本发明合成的Ce-SnS₂/graphene材料，由于Ce和graphene的掺杂，可以有效地缓解充放电时所引起的体积变化，可以避免材料电极容量衰减过快，同时增加导电性，使得Ce-SnS₂/graphene负极材料的容量高于纯相SnS₂的循环性能。

本发明具有如下的有益效果：

1．本发明合成了稀土金属和石墨烯掺杂的SnS₂花状球体，其粒径在100-200nm之间，空隙结构与花状结构都可以有效地提高材料的表面积，从而提高电极材料的容量。

2.本发明合成的Ce-SnS₂/graphene材料，由于稀土金属的掺杂，改变了SnS₂的晶格结构，为锂离子的脱嵌提供大的晶格空间，提高了电极材料的容量以及循环性能。