[發明專利]一種石墨烯負載碳包覆錫銻的鋰電池負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110280736.5
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102324497A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 王勇;陳雙強;陳鵬;闞琎;耿華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

????本發明涉及化學氧化剝離法和氣相沉積法，具體地說，就是通過化學氧化剝離法制備石墨烯氧化物、氣相沉積法包覆Sn-Sb合金粒子，最終形成石墨烯負載Sn-SbC復合材料。該方法關鍵是要首先形成石墨烯氧化物負載Sn-Sb合金粒子前驅體，再通過乙炔氣體還原石墨烯氧化物，同時在Sn-Sb合金粒子表面包覆一層碳；氣相沉積法和碳包覆同時進行，最終制備得新型石墨烯復合材料。本發明屬于鋰離子動力電池負極材料制備技術領域。

背景技術

????近年來，新一代混合動力汽車（HEV）和純電動汽車（EV）日益受到關注，作為其動力的鋰離子電池同樣也成為技術熱點，為了適應高功率電動車的需要，制備相應能夠承受大電流充放電的材料成了關鍵技術，能夠作為動力材料必須具有較高的電導率、較大的比表面積、較快的Li⁺擴散速率和結構的穩定性等優點。而過渡型金屬及其氧化物如鈷類、錫類、銻類、鎳類等由于其高比能量一直都受到關注，但是這些金屬材料由于鋰離子嵌入與脫出過程中會引起本身體積的急劇改變，如錫類最高可達原來體積的約3倍，這樣會使整個電極材料的在循環過程中結構迅速崩塌，為了限制這一弊端，一般利用其他如碳納米管封裝、碳包覆、核殼或模板限制法等技術來限制緩沖體積變化，并可以提高電極材料的循環性能。

????石墨烯（Graphene?nanosheets,?GNS）是2004年發現的可以穩定存在的二維碳材料，它具有很高的比表面積、電導率和熱穩定性，具有應用于鋰離子電池方面的潛力。關于錫銻合金材料，研究較多，通過不同的控制方法改善錫銻合金的循環性能和儲鋰容量，S.A.?Needham等利用NaBH₄還原得到50-100?nm的Sn-Sb合金粒子，再與炭黑混合，發現炭黑含量當達到50%時候，活性物質可逆比容量達到800?mAh/g，循環50圈之后穩定在580?mAh/g左右（Journal?of?Alloys?and?Compounds,?2005,?40,?234–238）；Min-Sik?Park等通過碳納米管負載Sn-Sb合金材料，其可逆比容量在循環50圈之后仍保持在480?mAh/g（Chemistry?of?Materials,?2007,?19,?2406-2410），具有很好的循環性能，碳納米管起到了緩沖和限制Sn-Sb合金體積膨脹的作用；Zhong?Wang等制備了粒徑在100-300?nm之間的Sn-Sb納米球(Journal?of?Alloys?and?Compounds,?2007,?439,350–354)，首次可逆比容量在701?mAh/g，循環20圈之后仍保持在566?mAh/g；Wei?Xiang?Chen等通過碳納米管封裝SnSb_0.5得到的電極材料可逆比容量為518?mAh/g，循環30圈之后仍保持原來的67.2%?(Carbon,?2003,?41,959–966)；另外，通過負載金屬合金材料可以進一步提高碳電極材料的能量密度，而各種碳材料又可以顯著改善金屬合金材料的循環性能、首次充放電庫倫效率等。而氣相沉積法條件容易控制，材料均一，具有批量生產的潛力，同時也對進一步應用于鋰離子動力電池起到促進作用。

發明內容

????本發明目的在于以氯化錫、氯化銻、硼氫化鈉、天然石墨粉為原料，通過化學氧化剝離法制備石墨烯氧化物，氣相沉積法包覆Sn-Sb合金粒子，最終形成石墨烯負載Sn-SbC復合材料，該方法關鍵是要首先形成石墨烯氧化物負載Sn-Sb合金粒子前驅體，再通過乙炔氣體還原石墨烯氧化物，同時在Sn-Sb合金粒子表面包覆一層碳。

????本發明是通過以下技術方案實現的。

????本發明一種石墨烯負載碳包覆錫銻合金粒子的鋰電池負極材料的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：