[發明專利]一種SnO2

在審

• 申請號: 202010535831.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111640925A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王洪強;許瀟灑;曲昌鎮;于浩奇;徐飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明公開了一種SnO₂/石墨烯復合材料及其制備方法和應用，屬于新能源材料技術領域，包括如下步驟：以金屬Sn箔為靶材，去離子水為溶劑，采用液相脈沖激光輻照技術制備SnO_x膠體溶液；將SnO_x膠體溶液滴加至氧化石墨烯溶液中混合分散均勻后進行水熱反應，產物經冷凍干燥后得到SnO₂/石墨烯復合材料；本發明所制備的SnO₂/石墨烯復合材料由于水熱過程中SnO_x與氧化石墨烯發生原位氧化還原反應，實現了超細SnO₂量子點在還原氧化石墨烯片層墻上共價鍵合的均勻緊密錨定；在高負載SnO₂量子點時也能夠保持還原氧化石墨烯的多孔結構。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種SnO₂/石墨烯復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色環保、安全高效的儲能設備，在便攜式電子器件領域得到廣泛應用。目前商用鋰離子電池多采用石墨為負極材料，但是其理論容量僅為372mAh g^-1，難以滿足電動汽車、高端電子產品及大規模儲能網絡等對高能量、高功率的需求。

二氧化錫(SnO₂)由于理論容量高(1494mAh g^-1)、嵌鋰電勢低、價格低廉等優勢被視為最有潛力的下一代鋰離子電池負極材料。但其存在3個突出的缺陷：(1)SnO₂本征導電性很低，嚴重阻礙電化學過程中的電荷傳輸及反應動力學，導致電池倍率性能較差；(2)在鋰離子嵌入及合金化過程中SnO₂的體積膨脹高達400％，致使活性材料產生嚴重的團聚甚至粉化，電池容量快速衰退；(3)充放電過程中劇烈的體積變化導致固態電解質中間層(SEI)連續的形成、分解，不斷消耗電解液中的鋰離子，致使庫倫效率降低。

針對以上問題，研究人員進行了很多探索，其中最有效的方法之一是將SnO₂材料進行納米化，或者與導電性良好的炭材料(如石墨烯)進行復合。一方面，減小SnO₂顆粒尺寸能夠有效緩沖充放電過程中的體積應變、縮短電荷傳輸距離、增加與電解液的接觸面積；另一方面，引入導電性能優異的炭材料能夠提高SnO₂材料的導電性，也可以緩沖體積膨脹，避免材料的團聚及粉化。因此，基于SnO₂電極材料的鋰離子電池的可逆容量和倍率性能得到了一定程度的提升。

目前SnO₂/石墨烯復合材料的制備多是將金屬錫源(如SnCl₂·2H₂O等)與氧化石墨烯(GO)溶液混合均勻后進行水熱反應。但是采用該類方法具有以下缺陷：(1)所制備的SnO₂顆粒尺寸仍然較大、分布不均勻且不能緊密錨定在石墨烯基底上；(2)反應過程中需加入額外化學試劑(如HCl、NaBH₄或水合肼等)，不僅對環境有害，且污染SnO₂顆粒表面，不利于鋰離子在SnO₂顆粒中的傳輸；(3)SnO₂的負載量有限，過高的負載量會降低復合材料的比表面積，在循環過程中破壞電極的結構穩定性。以上的結構缺陷導致SnO₂/石墨烯基鋰離子電池性能仍然不盡人意。

因此，開發一種新型SnO₂/石墨烯復合材料的制備方法，在不犧牲石墨烯多孔結構前提下，將超高載量的超細SnO₂顆粒均勻且緊密地錨定在石墨烯片層上，是實現鋰離子電池高電化學性能的關鍵。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種SnO₂/石墨烯復合材料及其制備方法和應用；為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個目的是提供一種SnO₂/石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：