[发明专利]海胆状纳米TixSn1-xO2/石墨烯三维复合材料的制备方法及其在锂离子电池负极上的应用

摘要

本发明公开了一种海胆状纳米Ti_xSn_1‑xO₂/石墨烯三维复合材料的制备方法及其在锂离子电池负极上的应用。本发明是利用配位原理和分子自组装方法，通过一步水热合成技术自组装制备海胆状纳米Ti_xSn_1‑xO₂/石墨烯三维复合材料。本发明的制备方法是：（1）制备氧化石墨烯，（2）制备表面带负电的氧化石墨溶胶；（3）还原制得海胆状纳米Ti_xSn_1‑xO₂/石墨烯三维复合材料。本发明反应过程在水溶液中进行，无需添加其它试剂，工艺简单、成本低廉且节能环保，易于工业上量产。作为锂离子电池阳极材料，这种三维复合结构有利于电解液在复合材料间的扩散及电子和离子在材料中传输，能有效提高复合材料的充放电容量、循环寿命和倍率等性能。

主权项

1.一种海胆状纳米TixSn1‑xO2/石墨烯三维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的材料是由质量百分含量为89.97～95.98%的TixSn1‑xO2与石墨烯组成；所述的制备方法包括如下步骤：（1）采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，取干燥洁净的容器，加入体积份为60～90份浓度为98%的浓硫酸，把容器放在冰水中冰浴；称取重量份为1.5～2.5份的鳞片石墨加入到进行过冰水浴的浓硫酸溶液中，然后进行机械搅拌20～30min；称取重量份为8～10份高锰酸钾缓慢加入到上述溶液中，加入时尽可能慢，待溶液变成绿色，高锰酸钾完全加完后，再冰浴两个小时；然后移至35℃恒温水浴锅中匀速搅拌12h，变成粘稠的黄褐色浆状物；把容器移出水浴锅，在搅拌状态下，分6次，每次加入体积份为44～50份的水稀释，使由黏稠的黄褐色浆状物变成褐色溶液，加完后，移入35℃的恒温水浴锅中搅拌2h；量取体积份为20～28份浓度为30%的H2O2加入到上述褐色溶液中，待溶液由褐色变成金黄色，带有金黄色片状物；再用9000r/min的转速离心，倾去上清液，沉淀物分别用浓度为5%的稀盐酸和去离子各洗涤三次，把样品均匀铺在表面皿上，把表面皿放在冷冻干燥仪中24h冻干，揭下样品，用玛瑙研钵研磨，即可得到黄褐色的氧化石墨粉末；（2）将制得的氧化石墨烯粉末超声分散于水中，制得质量比为1～2.5%，表面荷负电的氧化石墨烯溶胶；（3）在持续搅拌条件下，将草酸钛钾固体加入制备的氧化石墨烯溶胶中，待草酸钛钾固体完全溶解后缓慢滴加体积份为10‑25份的 0.5 M的四氯化锡水溶液再持续搅拌5～10分钟，然后移至水热釜中进行水热反应，反应完全后自然冷却至室温得到黑褐色水凝胶柱，经水洗、干燥，然后在氮气气氛下经400～600℃煅烧还原制得海胆状纳米TixSn1‑xO2/石墨烯三维复合材料。