[发明专利]一种锂@碳包覆的石墨烯/SnO2

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，具体来说是一种锂@碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料及其制备方法和应用，本发明通过石墨烯/SnO₂复合材料克服了碳材料比容量低的技术缺陷，通过金属锂的复合克服了石墨烯首次库伦效率低的技术缺陷，因此制得了一种比容量、首次库伦效率高的复合材料，并将此复合材料应用于锂离子电池负极材料中，以提升整个锂离子电池的电荷迁移能力。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料、制备方法和在锂电池负极材料中的应用。

背景技术

锂离子电池以其高比能量、高电压及长寿命等优点备受关注。锂电池曾采用单质锂作为负极材料，磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等含锂金属氧化物作为正极材料，而在单质锂充放电过程中会出现锂在负极表面不均匀沉积和产生枝晶锂的现象，枝晶锂会刺穿隔膜造成电池短路进而造成安全隐患；锂离子电池的成功归功于采用碳负材料替代锂负极，在充放电过程中，锂离子在正负极间脱嵌，利用锂离子在正负极之间的“摇椅效应”贡献容量，因此锂离子电池也被形象的称为“摇椅电池”。

现有技术商用锂离子电池常采用碳材料作为负极，碳材料包括石墨化的碳、软碳和硬碳，其中的石墨具有层状结构，锂离子在石墨层间能够可逆脱嵌，形成各种锂-碳化合物；然而碳材料负极均具有比容量低的根本问题，其质量比容量仅为金属锂的十分之一，因此仅通过改进石墨电极材料制备工艺是很能进一步大幅度提高以碳基材料为负极的锂离子电池的性能，继而满足高能量密度高性能锂离子电池的要求；为了提高锂离子电池的能量密度，需要一种新型的锂离子负极材料。

石墨烯是一种仅由碳原子以sp²杂化轨道组成的六角型晶格的平面薄膜，即只有一个碳原子厚度的二维材料；相比于其他碳材料，石墨烯具有独特的微观结构，这使得石墨烯具有较大的比表面积和蜂窝状空穴结构，具有较高的储锂性能；此外，石墨烯材料本身具有良好的化学稳定性、高电子迁移率以及优异的力学性能，使其作为电极材料具有突出优势。而石墨烯本身也存在一定的缺陷，纯石墨烯材料由于具有首次库伦效率低、充放电平台较高以及循环稳定性较差的技术缺陷，导致其不能直接作为锂离子电池负极材料而进行应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种锂@碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料及其制备方法和应用，本发明通过石墨烯/SnO₂复合材料克服了碳材料比容量低的技术缺陷，通过金属锂的复合克服了石墨烯首次库伦效率低的技术缺陷，因此制得了一种比容量、首次库伦效率高的复合材料，并将此复合材料应用于锂离子电池负极材料中，以提升整个锂离子电池的电荷迁移能力和循环稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种锂@碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用水热法制备石墨烯/SnO₂复合材料；

(2)将步骤(1)的石墨烯/SnO₂复合材料超声分散至有机碳源的水溶液中，并将溶剂蒸干后，于800-1000℃下高温热解4-7h，得到碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料；

(3)于真空条件下，将步骤(2)碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料和锂粉于球磨机中研磨，得到混合粉体，然后将混合粉体继续于真空条件下，加热至锂粉处于熔融状态，冷却至室温，得到锂@碳包覆的石墨烯/SnO₂复合材料。

优选的，所述步骤(2)中有机碳源水溶液中有机碳的质量分数为4-6％，所述有机碳源选自葡萄糖或蔗糖。

优选的，所述步骤(2)的超声分散条件为：于60-100W条件下超声15-30min。