[發(fā)明專利]一種氧化錫-石墨烯復合碳膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410150334.7
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103904312A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚春暉;蔡飛鵬;蔣波;胡素琴;楊改
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 彭成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可直接用作鋰離子電池負極的氧化錫-石墨烯復合碳膜的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有環(huán)保、輕便、高容量、長壽命等特點，已被廣泛應用在小型便攜設(shè)備中。鋰離子電池的負極材料多以石墨類碳材料為主，而石墨類材料的倍率性能較差，因此鋰離子電池在電動汽車以及混合動力車領(lǐng)域的應用受到了極大的限制。石墨類材料理論容量有限（372mAhg^-1），嵌鋰時還可能發(fā)生溶劑共嵌入，帶來安全隱患，因此，開發(fā)新型的鋰離子電池負極材料具有重要的理論意義和應用前景。氧化錫材料作為鋰離子電池負極材料理論容量最高可達1494mAhg^-1，同時自然儲量也較高，價格低廉，是一種有望替代石墨類材料的新型鋰離子電池電極材料。氧化錫材料在循環(huán)脫嵌鋰過程中存在嚴重的體積效應，這是其沒有實現(xiàn)商品化的主要原因。體積效應會導致材料的結(jié)構(gòu)破壞，性能大幅下降。因此，氧化錫類材料需要通過合理的設(shè)計才能表現(xiàn)出其優(yōu)異的電化學性能。

改進氧化錫的體積效應可通過制備納米氧化錫材料來實現(xiàn)，納米材料的體積效應較小，且納米氧化錫的不可逆容量大大減小。但是納米材料容易團聚，會導致部分活性材料失活。將氧化錫納米顆粒與導電的支撐材料結(jié)合，不僅可以解決顆粒的團聚問題，還能有效改善氧化錫的導電情況。石墨烯材料具有良好的導電性、大的比表面積、高的柔軟性和顯著的化學穩(wěn)定性，常被應用在電化學體系中。將氧化錫納米顆粒與石墨烯結(jié)合，不僅有利于改善氧化錫導電性差的問題，同時還可防止氧化錫納米顆粒的團聚，緩沖氧化錫在循環(huán)過程中的體積效應，有利于提高材料的電化學性能。

目前制備石墨烯-氧化錫復合材料的方法主要有原位化學制備、重組裝法（兩步法）、氣液界面合成以及水熱和溶劑熱等方法，這些方法往往步驟較多，操作復雜，有必要研發(fā)一種操作簡便的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種可直接用作鋰離子電池負極的氧化錫-石墨烯復合碳膜的制備方法，本發(fā)明通過一步微波法制備得到的氧化錫-石墨烯復合碳膜，經(jīng)過簡單的裁剪即可直接用于電池組裝，免去了加入導電劑和粘合劑以及傳統(tǒng)涂漿法制備電極的繁瑣步驟，在改進了電池組裝技術(shù)的同時還降低了鋰離子電池的成本。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種氧化錫-石墨烯復合碳膜的制備方法，步驟如下：

（1）制備濃度為5～12mg?ml^-1的氧化石墨烯水分散液（采用現(xiàn)有技術(shù)中已有的常規(guī)方法制備得到的，比如：利用改進后的Hummers法制備，改進后的Hummers法是一種被廣泛使用的制備氧化石墨烯的方法）；

（2）向氧化石墨烯水分散液中加入乙二醇，乙二醇的用量為每10mg氧化石墨烯加入乙二醇5～20mg，超聲分散均勻，得溶液；

（3）向上述溶液中加入錫源，錫源的加入量為：每500mg氧化石墨烯加入不大于1g的錫源（即：0＜錫源的加入量≤1g），攪拌溶解；錫源的加入量決定了材料中氧化錫的載量，即：氧化錫的載量通過錫源的加入量進行控制；

所述錫源選自四氯化錫、氯化亞錫、硫酸亞錫中的任一種或兩種以上的混合；

（4）向上述溶液中加入PVP，PVP的用量為：每400mg錫源加入20～100mg?PVP（聚乙烯吡咯烷酮），（Mw=55000），攪拌溶解，得混合液；

（5）上述混合液轉(zhuǎn)移到微波爐中，進行微波（微波爐的功率為800W、頻率300～30000Hz）加熱，加熱時間不大于150s（即：0＜加熱時間≤150秒）；

（6）上述反應結(jié)束（微波加熱）后，冷卻至室溫，抽濾，反應產(chǎn)物用蒸餾水清洗數(shù)次（4～5次），真空干燥，在氬氣環(huán)境550℃熱處理3h，即得到復合碳膜。