[发明专利]一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料的制备方法

摘要

一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料的制备方法，它涉及一种三维复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的锂电池负极材料的比容量低，倍率低和循环性能差的问题。制备方法：一、制备三维石墨烯泡沫；二、碳纳米管-石墨烯泡沫三维复合材料；三、生长氧化亚锡纳米片。本发明制备的柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料在100mA/g下保持900mAh/g以上的高比容量，100次循环之后容量未有明显衰减；本发明的材料具有良好的机械稳定性和良好的柔韧性，且在反复弯曲下没有断裂或剥离。本发明可获得一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管-石墨烯三维复合材料。

主权项

一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管‑石墨烯三维复合材料的制备方法，其特征在于一种柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管‑石墨烯三维复合材料的制备方法是按以下步骤制备的：一、制备三维石墨烯泡沫：①、使用无水乙醇清洗泡沫镍3次～5次，得到无水乙醇清洗后的泡沫镍；再将无水乙醇清洗后的泡沫镍放入到石英管式炉中，再将氩气和氢气分别以500sccm和200sccm的流速通入到石英管式炉中，再以10℃/min～15℃/min的升温速率将石英管式炉加热至1000℃～1050℃，再在温度为1000℃～1050℃及氩气和氢气的混合气体的气氛下反应4min～6min；得到去除氧化层的泡沫镍；②、将甲烷、氢气和氩气分别以50sccm、100sccm和800sccm的流速通入到温度为1000℃～1050℃的石英管式炉中，再在温度为1000℃～1050℃和甲烷、氢气和氩气的混合气体的气氛下反应2min～3min；③、停止向石英管式炉中通入甲烷，再将氩气和氢气分别以500sccm和200sccm的流速通入到温度为1000℃～1050℃的石英管式炉中，再将石英管式炉以100℃/min～120℃/min的降温速率从1000℃～1050℃降温至室温，得到黑色泡沫体；④、将黑色泡沫体浸泡在混合溶液A中20h～24h，得到三维石墨烯泡沫；步骤一④中所述的混合溶液A是由质量分数为20％～30％的硝酸铁水溶液和质量分数为37％的盐酸混合制备的；所述的混合溶液A中质量分数为20％～30％的硝酸铁水溶液与质量分数为37％的盐酸的体积比为8:1；二、碳纳米管‑石墨烯泡沫三维复合材料：①、将Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O依次加入到去离子水中，再超声分散15min～20min，再加入12mmol～18mmol尿素，得到混合溶液B；步骤二①中所述的Ni(NO₃)₂·6H₂O的物质的量与去离子水的体积比为(1mmol～2200mmol):40mL；步骤二①中所述的Co(NO₃)₂·6H₂O的物质的量与去离子水的体积比为(2mmol～2200mmol):40mL；步骤二①中所述的尿素的物质的量与去离子水的体积比为(12mmol～2200mmol):40mL；②、将步骤二①得到的混合溶液B加入到高压反应釜中；利用耐高温胶带将步骤一④得到的三维石墨烯泡沫固定到玻璃片上，得到覆盖有三维石墨烯泡沫的玻璃片，再将覆盖有三维石墨烯泡沫的玻璃片浸入到高压反应釜中的混合溶液中，再将高压反应釜密封；将密封的高压反应釜放入到高温烘箱中，再将高温烘箱以3℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至120℃～125℃，再在温度为120℃～125℃下保温2h～3h，再自然冷却至室温，取出高压反应釜，得到镍钴/石墨烯复合材料；③、将镍钴/石墨烯复合材料在空气气氛和温度为350℃～400℃的条件下反应1min～2min，再将镍钴/石墨烯复合材料放入到石英管式炉中，再将乙烯、氢气和氩气分别以20sccm、40sccm和100sccm的流速通入到石英管式炉中，再以10℃/min～15℃/min的升温速率将石英管式炉从350℃～400℃升温至750℃～800℃，在温度为750℃～800℃和乙烯、氢气和氩气的混合气体气氛下反应2min～3min；④、停止向温度为750℃～800℃的石英管式炉中通入乙烯，再将氩气和氢气分别以40sccm和100sccm的流速通入到石英管式炉中，再将石英管式炉以100℃/min～120℃/min的降温速率从温度为750℃～800℃降温至室温；得到含有催化剂的碳纳米管/石墨烯复合体；⑤、将质量分数为98％的HNO₃溶液加入到高压反应釜中，再将含有催化剂的碳纳米管/石墨烯复合体浸入到质量分数为98％的HNO₃溶液中，密封高压反应釜，再将密封的高压反应釜放入到温度为120℃～125℃的烘箱中反应5h～6h，得到去除杂质的碳纳米管‑石墨烯泡沫三维复合材料；三、生长氧化亚锡纳米片：①、将SnCl₂·2H₂O和尿素溶解到去离子水中，再进行超声分散20min～30min，再以10滴/min～15滴/min的滴加速度滴入质量分数为30％的HCl溶液，再在搅拌速度为400r/min～500r/min下搅拌20min～30min，得到混合溶液C；步骤三①中所述的SnCl₂·2H₂O的物质的量与去离子水的体积比为(2mmol～200mmol):40mL；步骤三①中所述的尿素的物质的量与去离子水的体积比为(15mmol～220mmol):40mL；步骤三①中所述的去离子水与质量分数为30％的HCl溶液的体积比为(40～45):1.5；②、将步骤三①中得到的混合溶液C加入到聚四氟乙烯高压反应釜中，再将步骤二⑤得到的去除杂质的碳纳米管‑石墨烯泡沫三维复合材料浸入到聚四氟乙烯高压反应釜中的混合溶液C中，再将聚四氟乙烯高压反应釜密封，再将密封的聚四氟乙烯高压反应釜放入温度为180℃～185℃的烘箱中反应14h～15h，再取出聚四氟乙烯高压反应釜中的产物；使用蒸馏水清洗产物3次～5次，再使用无水乙醇清洗产物3次～5次，得到清洗后的产物；将清洗后的产物在温度为300℃～350℃下保温2h～3h，得到柔性氧化亚锡纳米片/碳纳米管‑石墨烯三维复合材料。