[发明专利]一种新型SnO2-石墨烯常温钠离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种新型SnO₂‑石墨烯纳米复合材料的制备方法。利用水热法构建石墨烯纳米复合材料，并利用缺氧环境高温热处理的方法向SnO₂纳米晶体中引入空位缺陷。由此得到的新型纳米复合材料被测得具有优越的充放电速率与循环稳定性，可用于常温钠离子电池负极。

技术领域

本发明属于纳米领域，应用于纳米材料储能科学领域，介绍了新型SnO₂-石墨烯常温钠离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

改革开放以来，我国电池市场逐渐扩大，电池行业逐渐发展。而传统电池因其对环境的严重污染成为了我国电池行业发展的一大痛点。而更为先进的电池正处萌芽期，技术还是稚嫩。在此时期，锂离子电池因其具有较高的能量密度、优秀的充放电性能以及良好的使用寿命，以及较为简单的制造技术，在电池领域迅速发展起来，并向民用手机、汽车市场甚至军工市场发展。而过度的发展导致了锂金属的供不应求，市场急需寻求新的替代物。这个时候，来源更广泛且价格低廉的与锂性质相近的纳金属被人们发现。但因为钠离子电池负极材料所需充放电速率极高且循环寿命要求也极高，市场中现有的负极材料难以满足钠离子电池的高要求，所以钠离子电池领域也未能有所质的突破。为提高电极材料循环稳定性与充放电速率，材料纳米化与构建复合材料被相关领域从事者公认的极其有效的方法。其次，在国内外的研究人员大量研究的引导下，我们将目光移向了具有安全性好、稳定性高、寿命长、比容量高等优点的SnO₂新型负极材料。并通过前文所提材料纳米化与构建复合材料的方法解决SnO₂充放电体积膨胀、循环性较差等问题。事实证明，通过构建复合材料的方法确实大幅度提升了SnO₂电极材料的储钠循环寿命，但即便是将SnO₂颗粒减小到了纳米级别，充放电速率慢、倍率性能差的问题仍然不能特别有效地解决，阻碍着该类材料的发展与市场应用拓展。

发明内容

本发明介绍了一种新型SnO₂-石墨烯纳米复合材料的制备方法。我们利用水热法构建石墨烯纳米复合材料，并利用缺氧环境高温热处理的方法向SnO₂纳米晶体中引入空位缺陷。由此得到的新型纳米复合材料被测得具有优越的充放电速率与循环稳定性，可用于常温钠离子电池负极。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

该新型复合材料由以下方法步骤制得：

步骤(1)、将200～300mg SnSO₄·5H₂O溶解到15ml纯水中，搅拌均匀；滴加2mg/ml的氧化石墨烯水溶液6-10ml于四氯化锡溶液中。将所得溶液在室温下放于超声波洗池中震荡20～30min，得到了黄褐色的透明澄清溶液。

其中，SnSO₄与氧化石墨烯的质量比为(74.3-222.9):(10-20)。

步骤(2)、将所得溶液密封放置于50ml水热反应釜中。在140-150℃下保温20-24h。

步骤(3)、将所得溶液进行离心分离(6000～6500rpm,8～10min),取沉淀物与烘箱中，在70-80℃真空干燥14-15h。

步骤(4)、将干燥后的粉末放于气氛保护管式炉中，通入还原性气体，控制气体流速在600-800ml/min,在400-600℃下回火处理3～5小时，得到了所需的含氧空位缺陷SnO₂-石墨烯纳米复合材料

备注：气氛保护管式炉中通入的还原性气体为含有3-8vol.％H₂的Ar/H₂混合气。

将上述制得的新型SnO₂-石墨烯常温钠离子电池负极材料制成负极电极，以钠金属为正极制得钠离子电池并进行相关的电性能测试。