[發明專利]一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010914620.1
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112010343B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 黃小蕭;劉冬冬;鐘博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，本發明涉及鋰離子電池負極材料的制備領域；具體涉及一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法。本發明要解決現有石墨材料比容量低，倍率性能差的技術問題。方法：制備氧化石墨烯水溶液；配制錫鹽水溶液與檸檬酸的分散液；混合；浸入液氮中冰凍；煅燒。本發明得到的負極材料展現較好的循環穩定性以及放電容量；且隨循環進行，容量未出現衰減。本發明產品可作為鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料的制備領域；具體涉及一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有高能量密度、環境友好、自放電率小等優點已被廣泛用于消費電子產品，例如手提電腦、電動汽車等。

電極材料是制約鋰離子電池性能的關鍵因素，其中負極材料是鋰離子電池重要的組成部分。目前商業化的負極材料主要為石墨材料。石墨材料由于比容量低、結構不穩定，易造成溶劑的共嵌入，導致性能急劇下降。金屬氧化物以其高容量、價格低廉等優點成為研究的熱點，但其也存在一定的缺陷，例如脫嵌鋰過程中嚴重的體積膨脹，導致活性材料從集流體剝離引起容量下降，循環穩定性差等問題。

發明內容

本發明要解決現有石墨材料比容量低，倍率性能差的技術問題，而提供一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法。

一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于該方法具體按以下步驟進行：

步驟一、配制氧化石墨烯水溶液，然后加入氨水，得到分散液A；

步驟二、采用錫鹽配制錫鹽水溶液，攪拌，然后加入檸檬酸，獲得分散液B；

步驟三、將步驟一得到的分散液A與步驟二獲得的分散液B混合，常溫攪拌，獲得混合溶液；

步驟四、將步驟三得到的混合溶液浸入液氮中，冰凍完全，然后冷凍干燥處理，得到黑色塊體材料；

步驟五、將步驟四得到的黑色塊體放入管式爐中，在惰性氣氛下煅燒，獲得所述一種金屬氧化物@定向排列的石墨烯鋰離子電池負極材料，完成該方法。

本發明的有益效果是：

本發明方法制備的金屬氧化物@定向排列的石墨烯材料中，通過冰模板方法，即以沿著溫度梯度垂直向上生長為冰晶模板，最后去除冰晶，得到的復合材料保留冰晶的結構。由于冰晶的尺寸為5～20um，所以復合材料的孔尺寸為5～20um，大的孔徑有利于緩解脫嵌鋰過程中的體積膨脹。

本發明方法制備的金屬氧化物@定向排列的石墨烯負極材料中，定向石墨烯結構來源于相鄰冰晶定向生長過程中對石墨烯造成的擠壓所致，這種定向石墨烯結構有利于鋰離子傳輸。

本發明方法制備的金屬氧化物@定向排列的石墨烯負極材料中，SnO₂納米顆粒為球形，尺寸為10～100nm，均勻的嵌在碳材料中。

本發明方法制備的金屬氧化物@定向排列的石墨烯負極材料中，由于石墨烯片層間強的π-π作用力，因此得到的復合材料具有三維網狀結構可進一步提高石墨烯的導電性，增加負極材料的倍率性能。

本發明方法制備的金屬氧化物@定向排列的石墨烯負極材料中，以冰晶為模板，制備過程簡單、安全，生產成本低，有望規模化生產。

經驗證，本發明制備的有序介孔SnO₂@rGO循環500圈，放電比容量達到1100mAh g^-1，未出現衰減，且容量隨循環進行反而增加。在經過5A/g大電流測試后，恢復到0.2A/g循環，容量未見衰減，仍然出現平穩的上升趨勢，表明分層孔狀SnO₂@rGO具有較好的循環穩定性及倍率性能。