[发明专利]一种石墨烯/SnO2

说明书

一种石墨烯/SnO₂/Si@PPy复合材料的制备方法，它涉及锂离子电池的负极材料。它要解决现有采用微米级硅粉制备的硅基锂离子电池存在充放电比容量低、循环寿命短的问题。方法。本发明中Si粉表面包覆的PPy能够对Si在充放电过程中的膨胀起限制作用，表面的石墨烯/SnO₂复合材料能增加负极材料的比容量，在石墨烯/SnO₂/Si@PPy材料互相接触时，石墨烯/SnO₂能够快速传递电子，提高石墨烯/SnO₂/Si@PPy复合材料的电化学性能。这种石墨烯/SnO₂/Si@PPy负极及其特殊的结构能够提高锂离子电池的充放电比容量、延长循环寿命，微米级Si粉大幅降低成本。本发明适用于硅基锂离子电池的负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的负极材料，具体涉及一种石墨烯/SnO₂/Si@PPy复合材料的制备方法。

背景技术

自1990年锂离子电池首次商业化以来，锂离子电池被广泛应用于数码产品、电动工具、新能源汽车、储能系统等领域。传统的石墨负极由于其理论容量较低，仅为372mAh/g，导致数码产品、电动工具的换代升级，新能源汽车、储能系统领域的发展越来越受到锂离子电池容量的限制。传统提高锂离子电池容量的方法主要是串联电池包，但是这种方法同时也会增加电池的体积和重量往往并不普遍适用，因此提高电池的电芯容量密度才是锂离子电池发展的决定性因素。硅具有4200mAh/g的理论比容量，是下一代锂离子电池最为理想负极材料。但是硅材料的缺陷也特别突出，其缺陷主要有三点。第一，硅材料的电导率较低，很难单独作为电极材料直接应用；第二，硅材料的活泼性较差，较难与其他材料反应构筑复合材料；第三，硅材料在锂离子电池充放电过程中，由于嵌锂-脱锂形成固体电解质界面伴随着巨大的体积膨胀和结构变化，极易导致电极活性物质粉化开裂从集流体上脱落，而且开裂的活性物质在裂痕处会继续形成新的固体电解质界面使锂离子电池容量大幅度衰减，造成循环寿命降低，这些问题成为了制约硅基锂离子电池应用的主要问题。目前硅基锂离子电池负极材料大多采用纳米级硅，以此来获得优异的锂离子电池性能，而纳米级硅的使用势必会增加负极材料的成本，这也是制约硅基锂离子电池发展的关键因素。而采用微米级硅粉虽然能够大幅度降低材料的成本，但是延长硅基负极材料的使用寿命也是微米级硅粉在实际应用中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有采用微米级硅粉制备的硅基锂离子电池存在充放电比容量低、循环寿命短的问题，而提供一种石墨烯/SnO₂/Si@PPy复合材料的制备方法。

一种石墨烯/SnO₂/Si@PPy复合材料的制备方法，它按以下步骤进行：

一、制备石墨烯/SnO₂复合材料：

将10～20g的鳞片石墨、1～5g的高锰酸钾、10～50mL质量分数为98％的硫酸依次加入到100mL三口瓶中，恒温25℃下搅拌1～3h后进行水洗抽滤，再在60～80℃下烘干，制得可膨胀石墨；将可膨胀石墨置于1000℃马弗炉中膨化1～2min，制得膨胀石墨；取5～10g膨胀石墨分散在10～50mL蒸馏水中，然后加入1～5g的硝酸钠，冰水浴搅拌 30～90min，10～30g的高锰酸钾分10次加入，再升温至35℃，继续搅拌1～8h，加入 400～800mL的去离子水，并升温至90℃，继续搅拌1～3h，然后降温至25℃并滴加50～200 mL质量分数为35％的H₂O₂，再用质量分数为15％的HCl溶液和去离子水先后洗涤至溶液呈中性，超声破碎6～12h，然后冷冻干燥制得氧化石墨烯；