[发明专利]一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维复合材料的制备方法。

背景技术

能源短缺、环境污染日益严重，环境友好型绿色新能源成为社会关注的焦点和热点。锂离子电池由于具有高工作电压，高容量和低毒性的优良性能，在能源储能和便携式电子设备等领域有着广泛的应用。目前，商业上广泛使用的锂电池负极材料是石墨，但其低的理论比容量(372mAh g-1)和低的锂离子传输系数(10^-7～10^-10cm²s^-1)等无法满足锂离子电池对更高的能量密度和功率密度的需求，因此需要开发设计高比容量、高倍率性能和优越循环性能的新型锂离子电池负极材料。氧化亚锡具有高的理论比容量，天然丰富度，以及环境友好性的特性，因此很多文献研究纳米结构的金属氧化物作为锂电池的负极，但是并没有实现锂电池高的倍率性能和稳定的周期性，这是由于电化学性能不仅依赖于本身的晶体结构，而且对形态，表面性质以及活性物质的纳米结构也具有一定的要求。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的锂电池负极材料的比容量低，倍率低和循环性能差的问题，而提供一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料的制备方法。

一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料的制备方法，是按以下步骤制备的：

一、制备三维石墨烯泡沫：

①、使用无水乙醇清洗泡沫镍3次～5次，得到无水乙醇清洗后的泡沫镍；再将无水乙醇清洗后的泡沫镍放入到石英管式炉中，再将氩气和氢气分别以500sccm和200sccm的流速通入到石英管式炉中，再以10℃/min～15℃/min的升温速率将石英管式炉加热至1000℃～1050℃，再在温度为1000℃～1050℃及氩气和氢气的混合气体的气氛下反应4min～6min；得到去除氧化层的泡沫镍；

②、将甲烷、氢气和氩气分别以50sccm、100sccm和800sccm的流速通入到温度为1000℃～1050℃的石英管式炉中，再在温度为1000℃～1050℃和甲烷、氢气和氩气的混合气体的气氛下反应2min～3min；

③、停止向石英管式炉中通入甲烷，再将氩气和氢气分别以500sccm和200sccm的流速通入到温度为1000℃～1050℃的石英管式炉中，再将石英管式炉以100℃/min～120℃/min的降温速率从1000℃～1050℃降温至室温，得到黑色泡沫体；

④、将黑色泡沫体浸泡在混合溶液A中20h～24h，得到三维石墨烯泡沫；

步骤一④中所述的混合溶液A是由质量分数为20％～30％的硝酸铁水溶液和质量分数为37％的盐酸混合制备的；所述的混合溶液A中质量分数为20％～30％的硝酸铁水溶液与质量分数为37％的盐酸的体积比为8:1；

二、碳纳米管-石墨烯泡沫三维复合材料：

①、将Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O依次加入到去离子水中，再超声分散15min～20min，再加入12mmol～18mmol尿素，得到混合溶液B；

步骤二①中所述的Ni(NO₃)₂·6H₂O的物质的量与去离子水的体积比为(1mmol～2200mmol):40mL；

步骤二①中所述的Co(NO₃)₂·6H₂O的物质的量与去离子水的体积比为(2mmol～2200mmol):40mL；

步骤二①中所述的尿素的物质的量与去离子水的体积比为(12mmol～2200mmol):40mL；

②、将步骤二①得到的混合溶液B加入到高压反应釜中；利用耐高温胶带将步骤一④得到的三维石墨烯泡沫固定到玻璃片上，得到覆盖有三维石墨烯泡沫的玻璃片，再将覆盖有三维石墨烯泡沫的玻璃片浸入到高压反应釜中的混合溶液中，再将高压反应釜密封；将密封的高压反应釜放入到高温烘箱中，再将高温烘箱以3℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至120℃～125℃，再在温度为120℃～125℃下保温2h～3h，再自然冷却至室温，取出高压反应釜，得到镍钴/石墨烯复合材料；