[发明专利]二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料及化学电源技术领域，具体涉及一种二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

新型高能化学电源技术的快速发展，对锂离子电池电极材料提出了更高的要求。具有高能量密度、高功率密度、良好的充放电循环特性的锂离子电池电极材料受到广泛关注。同时采用低成本和对环境友好的制备工艺也成为发展新型电池材料的研究重点。目前，碳材料（包括石墨、软碳和硬碳）是商品化的锂离子电池的主要负极材料。但是碳材料的储锂能力较低（石墨的理论比容量为372mAh/g），限制了锂离子电池容量的进一步提高。二氧化锡（SnO₂）作为锂离子电池的负极材料，其理论容量为781mAh/g（按1mol Sn中插入4.4mol Li计算），远高于石墨的理论容量（372mAh/g）。因此，SnO₂被认为是目前最有商业化前景的碳材料的替代者之一。但由于锂合金化和脱合金化过程中伴随着巨大的体积膨胀和收缩，使锡基电极产生严重的机械应变，最终导致锡基电极产生裂纹或者粉化。由于活性物质与集流片的分离，使锡基电极表现出较差的电池循环性能。

大量研究表明通过SnO₂纳米颗粒与石墨烯进行复合得到二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料，可以使锂离子电池负极的循环性能大大提高。然而目前用于制备二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的方法局限于采用高压、高温环境反应体系或者碱性/酸性的腐蚀性反应体系。如申请号为201010243147.5的中国发明专利申请公开了一种氧化锡/石墨烯纳米复合物及其制备方法和应用，该氧化锡/石墨烯纳米复合物在较长时间的高温高压反应（180~190℃，12~24h）制得，反应条件要求苛刻，长时间的高温条件将直接导致制备成本升高。如申请号为201010178153.7的中国发明专利申请公开了一种二氧化锡或金属锡与石墨烯片层负极材料的制备方法，先在60~200℃下加热0.5~12h，再在惰性气体保护下高温（400~700℃）反应0.5~10h，然后在还原气氛中于400~1000℃的温度下加热0.5~4h，反应条件要求苛刻，制备成本较高。如申请号为201010291060.5的中国发明专利申请公开了一种石墨烯基二氧化锡复合锂离子电池复合材料的制备方法，采用碱性环境中的水热反应，先通过现有技术制备原料氧化石墨纳米片，然后将氧化石墨纳米片与其他原料在高压反应釜中于160℃烘箱中反应20h，最后真空干燥得到石墨烯基二氧化锡复合锂离子电池负极材料，该制备过程复杂，制备成本较高。如申请号为201110159043.0的中国发明专利申请公开了一种石墨烯宏观体/氧化锡复合锂离子电池负极材料及其工艺，采用盐酸环境，需要在温度200~400℃热处理1~10小时，反应条件要求较高，制备成本较高。与此同时，上述的反应体系均会对二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备产生负面影响，从而影响二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的电化学性能。

发明内容

本发明提供了一种二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备方法，反应条件温和，可在常温常压下进行，基液（由氯化胆碱和乙二醇组成）为非水型溶液，对二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料无腐蚀性，能够提高材料的电化学性能。

一种二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将氯化胆碱、乙二醇和氧化石墨烯混合均匀，得到混合液，然后向混合液加入氯化亚锡，进行超声震荡反应，再经后处理得到二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料。

本发明中，采用特定的反应物，即氯化亚锡和氧化石墨烯，采用特定的溶剂乙二醇和特定的促进剂氯化胆碱，将氯化胆碱、乙二醇和氧化石墨烯混合均匀，能够使得氧化石墨烯均匀地分散在混合液中，向混合液加入氯化亚锡，进行超声震荡反应，使得氧化石墨烯表面的氧化性基团与氯化亚锡在促进剂氯化胆碱的作用下，发生氧化还原反应，最后再经后处理得到二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料。

作为优选，将氯化胆碱、乙二醇和氧化石墨烯混合均匀得到混合液，包括：先将氯化胆碱和乙二醇混合，得到基液，再向基液中加入氧化石墨烯，混合均匀，得到混合液。氯化胆碱一方面能够促进氧化石墨烯与氯化亚锡发生反应生成二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料；另一方面，氯化胆碱和乙二醇混合，得到基液，基液能够对氧化石墨烯起到阻聚作用，使得氧化石墨烯非常均匀地分散在混合液中，从而有利于制备电化学性能优异的二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料。