[发明专利]一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，能源问题越来越成为制约社会发展的重要因素，另外，大量化石能源的利用对环境造成了严重的污染。寻找可持续利用且清洁的能源替代化石能源成为世界各国的目标。风能、太阳能等清洁能源引起了人们的极大关注，但是由于这些能源的不稳定性使得直接利用其作为能源供应成为难题。利用储能设备将其先储备然后再利用是一种行之有效的方法。锂离子电池锂离子电池作为一种已经广泛应用的储能器件，因具有能量密度大、自放电小、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应和无环境污染等优良特性，近年来得到快速发展，已经被认为是目前最有效的能源存储方式之一。

但是，商业化的锂离子电池性能的进一步提高仍然有不少问题函待解决，如广泛使用的石墨类碳负极材料，虽然具有廉价、环境友好、高的结构稳定性和本征电导率高等优点，但其理论比容量低,仅为372mA h g^-1，这就限制了其在电动汽车、混合动力汽车、军事等需要高能量密度和功率密度输出的领域中的应用。并且在大型储能中的应用也受到一定的限制。因此，高容量、循环稳定性好的负极材料替代石墨材料是当前锂离子电池负极材料研究领域的热点问题之一。

二氧化锡作为锂离子电池负极材料拥有比容量高，价格低廉和无毒的优点。但是，二氧化锡作为负极材料存在的最大问题是在充放电过程中存在严重的体积膨胀效应，从而使得容量衰竭过快和循环稳定性差。因此，二氧化锡直接作为锂离子电池负极材料不能满足人民对锂离子电池性能的要求，因此，对二氧化锡负极材料的改性是使二氧化锡能够作为商业化锂离子电池负极材料的一种有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料及其制备方法，本发明中的二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料能有效缓解体积效应，并且比容量高、循环稳定性好。

本发明提供一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将膨胀石墨片、尿素和含锡前驱体分散在无水乙醇中，在60～80℃下搅拌至无水乙醇全部挥发，得到前驱体材料；

B)在保护性气体气氛下，将所述前驱体材料进行碳化，得到二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料。

优选的，所述含锡前驱体氯化亚锡和/或氯化锡。

优选的，所述膨胀石墨片、尿素和含锡前驱体的质量比为(0.1～1)：(1～10)：(5～40)。

优选的，所述碳化的温度为500～600℃；

所述碳化的时间为1～4小时。

优选的，通过升温实现所述碳化温度，所述升温的速率为1～10℃/min。

本发明提供一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料，按照上述制备方法制得。

优选的，所述二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料中二氧化锡的质量分数为30～80％。

优选的，所述二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料中二氧化锡的粒径为5～50nm。

本发明提供了一种二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将膨胀石墨片、尿素和含锡前驱体分散在无水乙醇中，在60～80℃下搅拌至无水乙醇全部挥发，得到前驱体材料；B)在保护性气体气氛下，将所述前驱体材料进行碳化，得到二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料。本发明中的复合材料包括氮掺杂膨胀石墨基体和均匀分布在氮掺杂膨胀石墨片基体中的纳米二氧化锡颗粒。纳米级二氧化锡均匀的嵌入到氮掺杂膨胀石墨片基体中，氮掺杂膨胀石墨不仅拥有良好的导电性，而且能够抑制二氧化锡颗粒在充放电过程中的体积膨胀，从而稳定电极的结构。片状结构的氮掺杂膨胀石墨不仅可以提供更多的储锂位点，而且有利于缓解体积效应，并为电解液的渗透提供了更多的通道。本发明的制备方法简单，成本低，制得的锂离子电池负极材料比容量高，循环稳定性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料的SEM图；

图2为本发明实施例1中二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料的TEM图；

图3为实施例1制得的二氧化锡/氮掺杂膨胀石墨复合材料的循环稳定性曲线。