[發明專利]鋰離子電池用石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410737538.0
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN105742579A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 閻興斌;楊兵軍;郎俊偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的制備方法，屬于新能源領域。

背景技術

隨著電動汽車技術的發展，人們對于高安全和高容量的鋰電負極材料的需要也迫切增加。石墨烯基過渡金屬氧化物（例如SnO₂、NiO、Fe₃O₄、MnO₂等）材料作為鋰電負極材料兼具了金屬氧化物的高容量特性以及石墨烯良好的導電特性而被廣泛研究。通常，石墨烯基過渡金屬氧化物復合材料通過氧化石墨烯或石墨烯和過渡金屬氧化物前驅混合后水熱制得，這種方法形成的顆粒一般尺寸均一性較差，而且顆粒只是附著在石墨烯表層，并有形成完全的包裹，因而對于鋰電性能的提高有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池用石墨烯納米卷空心二氧化錫復合材料的制備方法。

我們利用簡單的冷淬法制備了具有優異鋰電性能的石墨烯卷空心二氧化錫復合材料，這種復合材料結構新穎、工藝簡單、產品質量穩定、而且具有優異的鋰電循環以及倍率特性。

本發明采用水熱制備的空心二氧化錫和氧化石墨烯為原料，將其水溶液混合后通過冷淬、冷凍干燥、惰性氣氛條件下還原得到石墨烯卷空心二氧化錫復合材料。

一種鋰離子電池用石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1）空心二氧化錫水溶液和氧化石墨烯水溶液的制備

將二氯化錫溶解到乙醇/水混合液中，加入鹽酸，不斷攪拌混合均勻，之后將反應液轉移到反應釜中，100~220℃恒溫4~16小時后，用蒸餾水和乙醇反復清洗，40~80℃真空烘干得到白色空心二氧化錫納米球，同時用32目鱗片石墨制備氧化石墨烯，之后將空心二氧化錫球和氧化石墨烯配置成相同濃度的水溶液待用；

2）氧化石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的制備

取步驟1）中已配置的二氧化錫水溶液和氧化石墨烯水溶液，混合均勻，超聲處理并加熱至沸騰，投入到液氮中，冷凍干燥后得到氧化石墨烯卷空心二氧化錫復合材料；

3）氧化石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的還原

將已制備的氧化石墨烯卷空心二氧化錫復合材料在還原爐中惰性氣氛還原，得到石墨烯卷空心二氧化錫復合材料。

本發明步驟1）中，空心二氧化錫和氧化石墨烯水溶液配置濃度為0.2g/ml

~5g/ml。

本發明步驟1）中，乙醇與水的體積比為1:0.01~0.5。

本發明步驟2）中，空心二氧化錫水溶液與氧化石墨烯水溶液的體積比為1：0.1~10。

本發明步驟3）中，惰性氣氛為氬氣或氮氣的一種，還原溫度為300~700℃，升溫速率為0.5~10℃/min，保溫時間為1~6小時。

采用X-ray衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)對所制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料的晶型結構和微觀形貌進行表征。組裝半電池對所制備復合材料的鋰電性能進行測試，如上步驟制備的石墨烯卷空心二氧化錫復合材料具有新穎的微觀結構，并表現出優異的鋰電性能。

本發明與傳統的石墨烯二氧化錫復合材料相比，具有以下優點：

1、結構新穎，鋰電性能優異，這種石墨烯納米卷包裹結構，能夠完全包裹二氧化錫納米材料，增加了二氧化錫的導電性，在鋰電負極材料應用中，由于采用了空心二氧化錫結構和石墨烯卷的完全包裹，充分限制了其在充放電過程中的二氧化錫材料由于嵌鋰結構發生變化而導致的性能下降。

2、該方法工藝簡單、產品質量穩定、可大規模制備。

本發明的效果益處：提供了一種冷淬法制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料制備方法，制備所用原材料豐富、制備過程簡單、易于操作、同時具備結構新穎、產品質量穩定、鋰電性能優異，開辟了新的制備石墨烯二氧化錫復合材料的制備方法，即利用冷淬法制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料。制備的石墨烯卷空心二氧化錫復合材料可廣泛應用于鋰離子電池、氣體傳感器等領域。

附圖說明

圖1為實施例1中所制備空心二氧化錫TEM照片。

圖2為實施例1中所制備空心二氧化錫鋰電循環性能以及實施例4、2和6中所制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料鋰電循環性能。

圖3為實施例4、2和6中所制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料鋰電倍率性能。

圖4為實施例1中所制備空心二氧化錫以及實施例4、2和6中所制備石墨烯卷空心二氧化錫復合材料XRD。

具體實施方式

實施例1：