[发明专利]一种SnO2/石墨烯/PPy三元复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料的制备方法，所述复合材料是通过水热‑原位聚合的方法在中空SnO₂粒子的表面同时包裹PPy和石墨烯，利用中空SnO₂和PPy层对缓冲体积变化的协同效果，引入的二维石墨烯不仅加强了电极的强度，同时有效提高了电子和锂离子在电极中的迁移速率，展现出优异的循环稳定性和倍率性能，所述SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料具有结构新颖，制备简单，原材料廉价易得，具有巨大的产业化应用价值。

技术领域

本发明公开了一种SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料的制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

SnO₂材料具有较高理论比容量(782mAh·g^-1)，远高于商品化的石墨电极理论比容量(372mAh·g^-1)，同时由于其具有低成本、高安全性和无毒性等优异特性，被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料，但是该材料在充放电过程中SnO₂粒子会发生巨大的体积变化，从而导致容量快速的衰减，极大地限制了其应用范围。为了解决上述问题，提高SnO₂负极材料的循环稳定性，缩短锂的扩散路径，减少其体积变化带来的内应力，制备具有特定结构的纳米SnO₂粒子，如SnO₂纳米棒阵列、纳米管、中空纳米结构或者在SnO₂负极材料中引入导电聚合物，都可以在提高复合材料导电性的同时，缓冲固体微粒巨大的体积变化产生的内应力。目前，SnO₂/PPy二元复合材料，如SnO₂/PPy核壳结构、SnO₂/PPy混合纳米线、中空SnO₂/PPy纳米复合材料，与单独的SnO₂粒子相比，SnO₂/PPy二元复合物的循环性能有极大地提升，聚合物基质有效地阻止了SnO₂纳米粒子的聚集，缓冲了巨大的体积变化带来的容量衰减问题。

碳材料作为缓冲层修饰SnO₂复合物时，由于其具备良好的导电性能和减缓内应力的能力，可提高电极的循环稳定性。石墨烯作为碳材料的一种，具有如下优点，如：优异的柔韧性、大的比表面积(2630m²·g^-1)、化学稳定性，良好的导电性和导热性，因此在燃料电池催化剂领域和敏化染料太阳能电池领域都受到关注。此外，在电池和超级电容器领域中，通过化学方法功能化的石墨烯可以提高离子和电子的存储和扩散能力。但是，单一的石墨烯负极由于片层堆积问题使其在短期的充放电循环中就表现出超过50％的不可逆容量损失，因此，需在石墨烯层引入固态粒子，减轻石墨烯的堆积问题。尽管通过引入导电聚合物或者石墨烯来构建SnO₂负极材料二元复合体系，但是如何在原有的基础上进一步提高SnO₂负极的电化学性能仍有很大的提升空间。

发明内容

发明目的：针对现有的锂离子电池负极材料循环性能及倍率性能较差、制备方法较为复杂、效率较低以及成本较高等问题，本发明公开了一种SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料的制备方法。

技术方案：一种SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1、利用氧化还原法合成石墨烯材料；

2、将Na₂SnO₃·3H₂O溶于溶剂中，经水热、离心、烘干、热处理后得到SnO₂中空微球；

3、将含有表面活性剂和石墨烯的去离子水溶液加入到由步骤二制得的SnO₂中空微球中，充分混合后再加入导电聚合物单体和氧化剂，将生成的产物离心、洗涤、干燥，得到SnO₂/石墨烯/PPy三元复合材料。