[发明专利]一种还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料及其制备方法，涉及电化学储能技术领域。本发明以三氯化锑、氨水、鳞片石墨为原料，利用化学氧化法和剥离法制备氧化石墨烯，改进液相合成法在氧化石墨烯片层上负载锑前驱体颗粒，最终通过热还原处理获得还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料。本发明还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料具有优良的循环倍率性能；在2A g^‑1的大电流密度下循环100圈后，Sb‑rGO仍能保持140mAh g^‑1以上的容量，并且库伦效率维持在97％以上；本发明提供的制备方法中不需要添加表面活性剂和还原剂，方法简单，成本较低，适合大规模制备。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，主要涉及一种还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着石油、煤炭、天然气等化石能源的日渐枯竭，以及化石能源的过渡应用造成的环境问题日益加剧，科学技术和经济建设的快速发展对可再生清洁能源的需求迫在眉睫。储能技术，尤其是对电能储存技术，在解决的能源危机的问题中显得尤为重要。可循环充放电锂离子具有高于传统化学电池的能量密度与功率密度，并具有缓慢的自放电速率，高的工作电压等优异性能。然而锂资源分布不均，储量有限，其高昂的价格提高了锂离子电池的生产成本，从而限制锂离子电池的大规模应用。钠与锂具有相似的物理性质与化学性质，并且钠资源储量丰富，价格低廉，因此钠离子电池有望在大规模储能领域上替代锂离子电池。

虽然钠离子电池具有生产成本低廉、绿色环保等优点。但由于钠离子半径大于锂离子半径造成钠离子在电极材料中不易嵌入和脱出，从而使得可使用的正负极材料非常有限，特别是具有优异电化学储钠性能的负极材料。在负极材料的研究中，锑基材料由于具有优秀的理论储钠容量而引起研究人员的广泛关注，是一种具有应用前景的钠离子电池负极材料。

然而锑Sb在钠离子脱嵌的过程中会发生巨大的体积效应，使得在充放电过程中发生粉化和破碎，造成电池容量的衰减和效率的降低，极大的影响了这类材料的实际应用。为了缓解材料的体积变化而造成的性能衰减，人们将Sb与碳系材料进行复合，利用碳系材料低体积变化率、高电导率和高结构稳定性等特点解决以上问题。石墨烯(Graphenenanosheets，GNS)具有天然的二维结构，具有优良的电导率、极高的比表面积以及优良的力学性能，是理想的电活性材料的载体。常用的生产石墨烯的方法主要有机械剥离法、外延生长法、气相沉积法、化学合成法以及化学剥离法，其中化学剥离法由于操作简单、生产成本低廉并适合大面积生产等优点而备受关注，是目前最具工业化生产潜力的方法。化学法生产出来的石墨烯通常负载了少量含氧基团，其生产出来的石墨烯也被称为还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide，rGO)。rGO与GNS相比其虽然性能有所下降，但仍具备了良好的力学性能与物理性能，能够广泛适用于产业研发和工业化生产。目前报道所采用的还原氧化石墨烯负载锑的方法主要为球磨法和液相法。球磨法制备的材料颗粒尺寸不均匀，易发生团聚，造成放电容量低，倍率性能差等特点，无法发挥碳系材料的优势。常规的液相法需要添加表面活性剂和还原剂，在清洗材料的过程中易造成活性物质的流失，使材料容量降低，并且制备工序复杂，极大的限制其大批量生产。

因此，开发一种制备方法简单、低成本、高效率，环境友好的还原氧化石墨烯负载锑的钠离子负极材料具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术中钠离子电池锑基负极材料脱/嵌钠过程中体积变化，反复充放电后电极材料容易粉化，导致电池容量衰减、循环性能差等问题，本发明提供一种还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料及其制备方法，所述方法以三氯化锑、氨水、鳞片石墨为原料，利用化学氧化法和剥离法制备氧化石墨烯，改进液相合成法在氧化石墨烯片层上负载锑前驱体颗粒，最终通过热还原处理获得还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料。

所述的还原氧化石墨烯负载锑的钠离子电池负极材料的制备方法，具体的制备步骤如下：