[发明专利]一种SnO2/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种SnO₂/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法。利用石墨插层化合物剥离方法制备高质量石墨烯材料，通过全碳面氧化技术对高质量石墨烯进行氧化修饰，得到含氧基团均匀分布的氧化石墨烯材料，将氧化石墨烯与氯化亚锡的盐酸溶液混合搅拌，在静电吸附作用下，SnO₂在含氧基团位点形成，再经微波辐照还原氧化石墨烯，得到SnO₂/石墨烯负极材料。本发明方法运用含氧基团均匀分布的氧化石墨烯材料，得到氧化锡纳米颗粒均匀分布的SnO₂/石墨烯锂离子电池负极材料，克服了SnO₂颗粒团聚问题带来的可逆容量较低、倍率性能和循环性能差的缺点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备领域，运用含氧基团均匀分布的的氧化石墨烯材料，在静电吸附作用下得到氧化锡纳米颗粒均匀分布的SnO₂/石墨烯锂离子电池负极材料。

背景技术

飞速发展的电动车产业与便携式电子产品迫切需求高容量、大电流、长循环寿命的电极材。氧化锡(SnOx，x＝1或2)具有价格低廉、来源丰富，对环境友好的优点，被认为是最有潜力的下一代商用LIBs的负极材料。但是，单一SnO₂用作锂离子电池负极材料存在不足，在充放电循环过程中SnO₂会产生严重的体积膨胀(约400％)现象，导致材料破碎与粉化，从而与集流体失去电接触，最终导致SnO₂负极材料的可逆容量较低、倍率性能和循环性能都较差。利用石墨烯独特的二维纳米结构及其良好的导电性能，通过包覆纳米SnO₂制得SnO₂/石墨烯复合负极材料可以有效抑制单一SnO₂用作锂离子电池负极材料时所存在的体积膨胀以及因此而产生的循环寿命差等不足。石墨烯不仅可以有效缓解由于SnO₂的体积膨胀而产生的内应力，还可以提供超高的比表面积和电导率，从而提高材料的电学性能。

许多研究工作通过碳包覆、碳掺杂以及在纳米或微米尺度上的结构设计(如核一壳结构等)来解决SnO₂所存在的不足。Yao等利用石墨烯良好的导电性和较好的储锂功能，制备了SnO₂/石墨烯纳米复合物，该负极材料经过100次循环后，在50mA/g的电流密度下，其放电容量仍保持在520mAh/g。但是该材料的制备过程较为复杂(需要添加NaBH4或水合肼等其它还原剂，甚至还需要回流)，而且有关石墨烯的影响机制也尚不明了。左振民等采用温和的水热法在氧化石墨烯(GO)片层上原位生长纳米SnO₂颗粒，通过氨水调节体系pH值并对石墨烯进行掺氮，成功制备出了SnO₂/氮掺杂石墨烯(N-rGO)和SnO₂/石墨烯(rGO)纳米复合材料，分布在N-rGO和rGO表面SnO₂颗粒粒径分别为50nm和100nm左右，SnO₂颗粒是由更细小的粒径为5-7nm SnO₂颗粒所组成的二次团聚体，SnO₂纳米颗粒的分布性较差。虞祯君等利用以氧化石墨和氯化亚锡为原料，直接原位合成SnO₂/石墨烯纳米复合材料，SnO₂颗粒能够均匀地分散在石墨烯表面，避免了机械混合方法在制备过程中SnO₂纳米粒子或石墨烯的团聚，但是SnO₂颗粒的分布与氧化石墨烯含氧官能团的分布密切相关，氧化石墨烯的还原程度也与氯化亚锡的还原能力相关，材料的分布均匀性和导电性有待进一步加强。目前，大部分SnO₂/石墨烯纳米材料的制备方法采用氯化亚锡和氧化石墨烯复合，氯化亚锡原位还原氧化石墨烯变为氧化锡，氧原子在氧化石墨烯上的位点即是反应位点，含氧基团的种类与分布决定了氧化锡是否能够均匀分布于石墨烯表面，因此，得到一种含氧基团单一且均匀分布的氧化石墨烯材料是氧化锡纳米颗粒分布均匀的关键。

发明内容