[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料。

背景技术

锂离子电池以其高比能量、高电压、长寿命、无记忆效应、自放电小等特点，在移动通讯设备、便携式电子设备以及电动汽车等领域得到了广泛应用，已经成为现代和未来重要的新能源之一。目前商业化的锂离子负极材料主要为碳材料，容量普遍偏低，且碳材料作为负极在嵌锂时，其电极电位和金属锂的电极电位相近。电池过充时，碳表面易析出锂，形成枝晶而发生短路，严重影响电池的安全性。因此，迫切要求开发其它可替代的高容量、高安全性能的负极材料。

二氧化锡（SnO₂）具有较高的理论比容量（约790mAhg^-1），但SnO₂作为锂离子电池负极材料在充放电过程中常伴随显著的体积膨胀，造成容量衰减过快，影响电池的循环性能。目前，主要有两种解决方法。一是制备具有疏松结构的高比表面积的纳米SnO₂，如中空SnO₂、SnO₂纳米管、SnO₂纳米棒和SnO₂纳米线等。然而，这类方法成本较高，技术路线复杂，难以工业化应用；二是通过包覆缓冲材料（如碳或其它导电材料）以减轻体积效应，提高SnO₂的电化学容量与循环性能。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的具有二维蜂窝状晶格结构的碳质材料。石墨烯独特的结构导致其具有高的电子迁移速率（高达15000m²V^-1s^-1）、大的比表面积（约2600m²g^-1）和良好的机械强度和化学稳定性，被广泛应用于储能领域。通过石墨烯负载纳米SnO₂，可以有效分散SnO₂粒子，提高其表面利用率，增加材料的电化学容量，而且可以增强材料的导电性能。然而由于在锂离子脱嵌过程中SnO₂与石墨烯的体积膨胀率显著不同，多次充放电循环后，SnO₂容易从石墨烯纳米片上脱落，从而导致材料循环性能的恶化（C.Zhang,Carbon,2012,50:1897）。

发明内容

为克服现有技术中石墨烯负载纳米SnO₂作为锂离子电池负极材料，充放电循环后SnO₂容易从石墨烯纳米片上脱落，从而导致材料循环性能的恶化的不足，提供一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法。

所述锂离子电池复合负极材料为二氧化锡-石墨烯-介孔炭三元复合材料。

上述锂离子电池复合负极材料的制备方法，步骤如下：

（1）将氧化石墨（GO）超声分散于去离子水中，用氨水调节pH至9～10，此为A溶液；

（2）将五水合四氯化锡（SnCl₄·5H₂O）溶于水中，用氨水调节pH至9～10，形成锡酸铵，此为B溶液；

（3）超声下，将B溶液滴加至A溶液中，然后转移至水热反应釜，进行水热反应；

通过铵离子的静电作用稳定GO水分散液，并在第一次水热反应中作为还原剂还原GO得到石墨烯，其他碱如氢氧化钠无法起到此作用；

（4）对步骤（3）得到的沉淀物抽滤、水洗，将所得产物超声分散于溶剂中，加入介孔炭前驱体，搅拌，进行水热反应；

（5）对步骤（4）得到的沉淀物抽滤、水洗、真空干燥、烧结、粉碎后得到二氧化锡-石墨烯-介孔炭复合材料。

作为优选，步骤（1）所述的氧化石墨是由Hummers方法制备得到的，Hummers方法制备的氧化石墨烯，属于液相反应，简单，易工业化，成本较低，其它如热膨胀法对设备要求较高，而且制备的产品品质较差。

作为优选，步骤（1）所述的氧化石墨与去离子水质量比为1:20000；步骤（2）所述的五水合四氯化锡与去离子水质量比为1:280；SnCl₄与GO的质量比为4～11：1，步骤（3）水热反应温度为120～160℃，水热反应时间都24h。

作为优选，步骤（4）中的溶剂为水、乙醇或者两者的混合物；所述的产物与溶剂质量比为1:3500。。

作为优选，步骤（4）中所述的介孔碳前驱体与SnCl₄的质量比为0.92～4.6：1。