[发明专利]锡/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锡/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。本发明利用价格低廉原料制备得到氧化石墨，通过两步水热、复合、洗涤、冷冻干燥、还原，得到了由球状锡与还原氧化石墨烯复合的纳米材料。本发明针对锡作为电极材料的循环稳定性等技术难题，提供了一种工艺简单、产率高、成本低的纳米复合材料制备方法。

技术领域

本发明涉及一种无机纳米材料技术领域，具体涉及一种锡/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。

背景技术

为满足广泛应用于便携式电子设备和电动/混合动力汽车对下一代锂离子电池的高要求，研究人员致力于开发高性能电极材料。在负极材料中，金属Sn由于具有比商业石墨负极(372mAh g^-1)更高的理论容量(993mAh g^-1，Li_4.4Sn理论容量为7262mAh cm^-3)、高电导率、适合的工作电压而具有广阔的应用前景。然而，与其它负极材料(例如Ge、Si)类似，锡的体积在锂离子嵌入/脱出过程中会剧烈膨胀而粉碎，以及在Sn表面连续形成固体电解质膜(SEI)，从而导致容量快速衰减和循环性能差。

将Sn结构纳米化，可以防止Sn结构粉碎，并促进其储存锂性能。然而，Sn纳米颗粒在循环过程中团聚，并在Sn纳米颗粒表面连续形成不稳定的SEI膜；因Sn纳米颗粒大的表面自由能，其与电解液直接接触，引起大的不可逆容量(即低库伦效率)和循环性能差。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种锡/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。本发明利用价格低廉原料制备得到氧化石墨，通过两步水热、复合、洗涤、冷冻干燥、还原，得到了由球状锡与还原氧化石墨烯复合的纳米材料。本发明针对锡作为电极材料的循环稳定性等技术难题，提供了一种工艺简单、产率高、成本低的纳米复合材料制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种锡/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、水热工序：将锡盐、碳源溶于水中，配成溶液，转移至反应釜中，加热反应，得到二氧化锡/碳，将产物洗涤，干燥；

所述步骤A中锡盐为四氯化锡、氯化亚锡中的一种或两种，浓度为0.1～2.0mol/L，优选0.2～0.8mol/L；

所述步骤A中碳源为葡萄糖、果糖中的一种或两种，浓度为0.1～2.0mol/L，优选0.2～0.8mol/L；

所述步骤A中反应温度为110～240℃，优选150～190℃；反应时间为8～20小时，优选10～15小时；

所述步骤A中干燥为真空干燥，温度为30～80℃，优选40～60℃；干燥时间为4～12小时，优选6～10小时。

B、复合工序：将氧化石墨分散在水中超声制得氧化石墨烯溶液，向溶液中加入二氧化锡/碳和还原剂，再超声混合得到混合液，然后将混合液转移至反应釜中加热反应，得到三维柱状产物，将产物洗涤，冷冻干燥；

所述步骤B中氧化石墨可通过改进hummers法合成的或者直接购买；改进Hummers法合成氧化石墨的具体方法为：分别称取5.0g石墨和3.75g NaNO₃放入1L的烧杯中，机械强力搅拌，缓慢加入150mL的浓硫酸，搅拌0.5小时，再缓慢加入20g的KMnO₄，0.5小时加完，继续搅拌20小时后，由于反应物粘度增大，停止搅拌，得到浆糊状紫红色物质。放置5天后，分别缓慢加入500mL去离子水和30mLH₂O₂，此时溶液颜色变为较明显的亮黄色，待溶液充分反应后，离心、洗涤，得到氧化石墨。