[发明专利]一种SnO2

说明书

本发明公开了一种SnO₂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，属于新能源材料技术领域，包括如下步骤：以金属Sn箔为靶材，去离子水为溶剂，采用液相脉冲激光辐照技术制备SnO_x胶体溶液；将SnO_x胶体溶液滴加至氧化石墨烯溶液中混合分散均匀后进行水热反应，产物经冷冻干燥后得到SnO₂/石墨烯复合材料；本发明所制备的SnO₂/石墨烯复合材料由于水热过程中SnO_x与氧化石墨烯发生原位氧化还原反应，实现了超细SnO₂量子点在还原氧化石墨烯片层墙上共价键合的均匀紧密锚定；在高负载SnO₂量子点时也能够保持还原氧化石墨烯的多孔结构。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种SnO₂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色环保、安全高效的储能设备，在便携式电子器件领域得到广泛应用。目前商用锂离子电池多采用石墨为负极材料，但是其理论容量仅为372mAh g^-1，难以满足电动汽车、高端电子产品及大规模储能网络等对高能量、高功率的需求。

二氧化锡(SnO₂)由于理论容量高(1494mAh g^-1)、嵌锂电势低、价格低廉等优势被视为最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。但其存在3个突出的缺陷：(1)SnO₂本征导电性很低，严重阻碍电化学过程中的电荷传输及反应动力学，导致电池倍率性能较差；(2)在锂离子嵌入及合金化过程中SnO₂的体积膨胀高达400％，致使活性材料产生严重的团聚甚至粉化，电池容量快速衰退；(3)充放电过程中剧烈的体积变化导致固态电解质中间层(SEI)连续的形成、分解，不断消耗电解液中的锂离子，致使库伦效率降低。

针对以上问题，研究人员进行了很多探索，其中最有效的方法之一是将SnO₂材料进行纳米化，或者与导电性良好的炭材料(如石墨烯)进行复合。一方面，减小SnO₂颗粒尺寸能够有效缓冲充放电过程中的体积应变、缩短电荷传输距离、增加与电解液的接触面积；另一方面，引入导电性能优异的炭材料能够提高SnO₂材料的导电性，也可以缓冲体积膨胀，避免材料的团聚及粉化。因此，基于SnO₂电极材料的锂离子电池的可逆容量和倍率性能得到了一定程度的提升。

目前SnO₂/石墨烯复合材料的制备多是将金属锡源(如SnCl₂·2H₂O等)与氧化石墨烯(GO)溶液混合均匀后进行水热反应。但是采用该类方法具有以下缺陷：(1)所制备的SnO₂颗粒尺寸仍然较大、分布不均匀且不能紧密锚定在石墨烯基底上；(2)反应过程中需加入额外化学试剂(如HCl、NaBH₄或水合肼等)，不仅对环境有害，且污染SnO₂颗粒表面，不利于锂离子在SnO₂颗粒中的传输；(3)SnO₂的负载量有限，过高的负载量会降低复合材料的比表面积，在循环过程中破坏电极的结构稳定性。以上的结构缺陷导致SnO₂/石墨烯基锂离子电池性能仍然不尽人意。

因此，开发一种新型SnO₂/石墨烯复合材料的制备方法，在不牺牲石墨烯多孔结构前提下，将超高载量的超细SnO₂颗粒均匀且紧密地锚定在石墨烯片层上，是实现锂离子电池高电化学性能的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种SnO₂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用；为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个目的是提供一种SnO₂/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：