[發明專利]鋰離子電池用納米SnO2石墨烯復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410792374.1
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105006560A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 李海;張殿浩;喬永民;丁曉陽
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 陳酩

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，特別涉及用作鋰離子電池負極材料的納米SnO₂/石墨烯復合材料及其制備方法。

本發明還涉及一種電池，其包括所述的鋰離子電池用納米SnO₂/石墨烯復合材料。

背景技術

高能量密度和高功率密度是鋰離子電池的發展方向。石墨是目前鋰離子電池負極材料的主打產品，但其較低的理論容量（372?mAh/g）和較差的倍率性能無法滿足高能量密度、高功率密度電池的要求。

SnO₂具有高達782?mAh/g的理論容量，與具有優異導電能力的石墨烯有效復合后可大幅提高其循環性能和倍率性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種用作鋰離子電池負極材料的納米SnO₂/石墨烯復合材料的制備方法。

根據本發明的一個方面，其涉及一種鋰離子電池用納米SnO₂/石墨烯復合材料的制備方法，其包括以下的步驟：

（1）在水相中原位合成納米SnO₂顆粒：將氧化石墨烯超聲分散于蒸餾水中，得到均質的分散液；將SnCl₂·2H2O?溶于蒸餾水中，得到均質的分散液，再將上述兩分散液混合；

（2）攪拌及氨化；

（3）蒸發；

（4）干燥后，在惰性氣氛中經500-600℃退火處理1-3h，得最終產品。

其中，在水相中原位合成納米SnO₂顆粒可以使納米顆粒均勻附著在石墨烯片層上。

其中，氧化石墨烯經超聲分散于蒸餾水中所得的，所得的均質分散液的濃度為2-5?g/L。

其中，SnCl₂溶于蒸餾水中，所得的均質分散液的濃度為5-15?g/L。

其中，所述的攪拌為磁力攪拌，其轉速為400rpm。

其中，所述的氨化過程中加入5-10mL氨水，以制備SnO₂的前驅體。

其中，所述的氨水為濃氨水。

其中，所述的惰性氣氛為氬氣。根據需要，當然也可以采用其他的惰性氣氛。

根據本發明的另一個方面，其涉及一種鋰離子電池用納米SnO₂/石墨烯復合材料，其通過如上述的制備方法制得，其中納米SnO₂與石墨烯的質量比為80:20~60:40。

根據本發明的另一個方面，其還涉及一種電池，其包括上述的鋰離子電池用納米SnO₂/石墨烯復合材料。

本發明的有益效果在于：

納米SnO₂顆粒在石墨烯片層中的均勻分散能夠在很大程度上緩沖充放電過程中SnO₂顆粒的體積變化，從而保持電極結構的穩定性，提高電池的循環穩定性；

同時，SnO₂顆粒與石墨烯片層之間的緊密結合可大幅提高前者的導電性，使電極具有高容量和良好倍率性能；

另外，該本發明的制備工藝簡單易控，為SnO₂在鋰離子電池中的實際應用開辟了可能途徑。

附圖說明

圖1為本發明所述的納米SnO₂/石墨烯復合材料的X射線衍射譜圖；

圖2為本發明所述的納米SnO₂/石墨烯復合材料的透射電鏡圖；

圖3為本發明所述的納米SnO₂/石墨烯復合材料的循環性能圖；

圖4為本發明所述的納米SnO₂/石墨烯復合材料的倍率性能圖。

具體實施方式

下面以具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。

例1

將250?mg氧化石墨烯超聲分散于100?ml蒸餾水中，得到均質的分散液。將750?mg的SnCl₂·2H2O?溶于100?ml蒸餾水中，亦得到均質的分散液。將上述兩分散液混合。通過上述的步驟可以使納米顆粒均勻附著在石墨烯片層上。然后，以400?rpm的轉速進行磁力攪拌。10?min后緩慢滴加25?ml濃氨水，并持續攪拌。隨后，在保持攪拌的同時于80℃下蒸發至水干。將產物置于100℃的鼓風干燥箱干燥5-8小時。最后在氬氣氣氛中經500℃高溫退火2?h，得到最終產品。

其中，退火過程可將氧化石墨烯還原為石墨烯，同時提高了SnO₂的結晶度。