[发明专利]一种二氧化锡-石墨烯-碳纳米管柔性负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二氧化锡‑石墨烯‑碳纳米管柔性负极材料及其制备方法与应用，取锡盐溶于纯水中，加热至90～230℃保温3～72小时，然后冷却至室温，加入糖类物质搅拌溶解后加热至90～230℃保温1～72小时，再加入氧化石墨烯分散液，搅拌混合均匀，然后加入短单壁碳纳米管、丁苯橡胶和氢碘酸溶液，搅拌均匀后进行超声处理，混合液进行减压抽滤，得到复合膜后干燥即得。本发明柔性负极材料制备方法简单，环境友好，成本低廉，通过三维碳骨架的构造，缓解了二氧化锡体积膨胀的问题；SBR的加入提高了膜的机械性能以至于可以在无集流体和粘结剂的情况下直接作为柔性电极材料；所制得的复合膜材料拥有着优异的循环性能、高能量密度、高倍率性能以及高使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡-石墨烯-碳纳米管柔性负极材料及其制备方法与应用，属于化学电源技术领域。

背景技术

由于移动设备、电动汽车等行业的发展，对于化学电源的需求愈来愈高，其中锂离子电池因为环保、优秀的容量和循环性能受到人们的青睐。在锂离子电池负极材料中，二氧化锡具有1494mAh/g的理论比容量，且成本低廉，环境友好，具有着优秀的前景。但其有着导电率差、循环过程中体积膨胀等缺点，影响了其倍率性能和循环性能。基于此，通常采用碳包覆的方式，例如包覆无定形碳、石墨烯等来提高其性质。此外由于柔性显示屏等技术的出现，柔性电极也越来越受到人们的关注，在电池中集流体较为厚重，省去集流体在柔性电极的应用中十分重要，对电极材料的成膜性和机械性能有着更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有优秀的循环性能、高能量密度和倍率性能，并且具有优异的机械强度的膜材料，该膜材料可以在无铜箔做集流体、无粘结剂下作为锂离子电池二氧化锡基柔性电极。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种二氧化锡-石墨烯-碳纳米管柔性负极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：取锡盐溶于纯水中，加热至90～230℃保温3～72小时，然后冷却至室温；

步骤二：向步骤一冷却后的锡盐水溶液中加入糖类物质，搅拌溶解后加热至90～230℃保温1～72小时，然后冷却至室温得到第一混合液；

步骤三：向步骤二冷却后的第一混合液中加入氧化石墨烯分散液，搅拌混合均匀后，得到第二混合液；

步骤四：向步骤三得到的第二混合液中加入单壁碳纳米管、丁苯橡胶和氢碘酸溶液，搅拌均匀后进行超声处理得到第三混合液；

步骤五：将步骤四得到的第三混合液进行减压抽滤，得到复合膜后干燥即得。

优选地，步骤一中，所述锡盐为SnCl₄·5H₂O晶体或者SnCl₂，按照质量体积比(0.1～50):(10～200)g/mL溶于纯水中。

优选地，步骤二中，所述糖类物质为葡萄糖或者蔗糖，糖类物质的加入量与步骤一中锡盐的质量比为0.5～20:1。

步骤三中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2.5～10mg/mL，氧化石墨烯分散液的加入量与第一混合液的体积比为1:1～3。

步骤四中，所述单壁碳纳米管于先锋纳米科技购买得到，加入量与第二混合液的质量体积比为0.1～20mg/mL。

所述丁苯橡胶的加入量与第二混合液的体积比为70～350μL/L，其作为高分子黏结剂，丁苯橡胶的加入能够提高膜整体的柔韧性和机械强度。

所述氢碘酸溶液的浓度为4.5wt％，由市售45wt％氢碘酸溶液和纯水以1:9比例配制而成，其作用为将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，加入量与步骤三中氧化石墨烯的体积质量比为10mL/100mg。