[发明专利]石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料，尤其是涉及一种石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜的制 备方法与应用。

背景技术

在目前所研究的锂离子电池负极材料氧化物中，以SnOx性能最佳，比商业化的碳材料性 能更加优异。SnO₂作为储锂材料具有理论容量高(782mAhg^-1)、能量密度大、原料来源广泛 及价格低廉等优点，但其在充放电循环过程中存在较大的体积变化，材料易粉化坍塌，导致 其循环性能变差。所以有效解决SnO₂体积膨胀和导电性问题是决定其实际应用的关键问题。 制备大比表面积的SnO₂纳米粒子可以有效减少其体积膨胀。石墨烯是仅具有一个原子层的二 维结构，具有超大比表面积(2630m²g^-1)，因而具有超大吸附容量。石墨烯也是目前已知导 电性能最出色的材料，由于电子可在石墨烯二维晶体内自由移动，内部电子运动速度相当于 光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。因此，是电化学储能材料的理想 材料。但是容易堆叠成多层，减少表面积。

Hummers等[Hummers,W.S.andR.E.Offeman,PreparationofGraphiticOxide. JournaloftheAmericanChemicalSociety,1958.80(6):p.1339-1339.]报导了用氧化 还原法制备石墨烯。

发明内容

本发明的目的在于提供石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所制备的石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜在制备锂离子电 池中的应用。

本发明所述石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨烯加入去离子水中并超声处理，在搅拌条件下加入NaOH和氯化锡，混合均匀， 得混合溶液；

2)将步骤1)得到的混合溶液转移至反应釜中反应后，过滤，清洗，干燥，即得石墨烯 /二氧化锡复合纳米颗粒；

3)将步骤2)得到的石墨烯/二氧化锡复合纳米颗粒超声分散于甲醇和水的混合溶剂中， 再加入PVAc，得纺丝前驱体溶液；

4)将步骤3)得到的纺丝前驱体溶液进行高压静电纺丝，得PVAc/石墨烯/二氧化锡复合 纳米纤维膜；

5)将步骤4)中获得的PVAc/石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜干燥，热处理后，即得多 孔的石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜，所述复合纳米纤维膜中纤维直径为800～1200nm，长 度大于0.5mm。

在步骤1)中，所述石墨烯可采用氧化还原法制备(参见文献：Hummers,W.S.andR.E. Offeman,PreparationofGraphiticOxide.JournaloftheAmericanChemicalSociety, 1958.80(6):p.1339-1339.)；所述石墨烯、NaOH和氯化锡的质量比可为(0.5～1)∶(2.5～ 5)∶(1.5～6)；所述超声处理的时间可为0.5h。

在步骤2)中，所述反应釜可采用50ml的聚四氟乙烯-不锈钢水热反应釜；所述反应的 温度可为160℃，反应的时间可为15h。

在步骤3)中，所述甲醇和水的体积比可为4∶1；所述加入PVAc后最好搅拌4h；PVAc 的分子量可为15～20万，最好在配制前干燥。

在步骤4)中，所述高压静电纺丝可采用10ml塑料注射器吸取纺丝前驱体溶液，进行高 压静电纺丝；所述高压静电纺丝的条件可为：电压15～25kV，纺丝速度为0.1～10ml/h，接 收距离15～25cm，电纺时间为0.2～2h；优选电压20kV，挤出速度6ml/h，接收距离20cm， 电纺时间0.5h。

在步骤5)中，所述干燥的条件可在50℃烘箱中干燥12～24h；所述热处理的条件可将 所得样品在氮气中400℃热处理6h，升温速率为5℃/min。

本发明热处理后的石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维膜，不需要添加导电剂和粘结剂，可直 接作为电极材料在制备锂离子电池中应用，可直接压成扣式电池。

所述复合纳米纤维薄膜制备过程中的PVAc的分子量为(15～20万)，配制前需在50℃烘 箱中干燥大于24h，去除水分。