[發(fā)明專利]三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料及制備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011010851.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN112164777A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓生;孔玥;高麗;馬健;常賓;黃燕山;李原婷;薛原;藺華林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525;C01B32/182
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 李新新

本發(fā)明涉及一種三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料及制備與應(yīng)用，制備方法具體包括以下步驟：(a)取SnCl₂·2H₂O和硫脲溶解于水中進(jìn)行混合，得到黃色透明的三維層狀氧化錫量子點(diǎn)膠體溶液；(b)取步驟(a)得到的量子點(diǎn)膠體溶液與石墨烯水溶液進(jìn)行混合，后進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料前驅(qū)體；(c)將步驟(b)得到的復(fù)合材料前驅(qū)體進(jìn)行后處理，得到所述的三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備出的三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料在100mA·g^?1的充放電流下，容量可達(dá)到1260mAh·g^?1，具有非常高的可逆容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性并且綠色可持續(xù)，在鋰離子電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種三維層狀氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯骨架復(fù)合材料及制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，人類的持續(xù)發(fā)展問(wèn)題面臨著巨大挑戰(zhàn)。不可再生燃料的燃燒會(huì)釋放出各種廢氣，導(dǎo)致各種問(wèn)題的出現(xiàn)。因此，尋求可再生和可持續(xù)資源儲(chǔ)能設(shè)備顯得尤為重要?？稍偕涂沙掷m(xù)資源儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、功率大、壽命長(zhǎng)，其中，可充放電池這類儲(chǔ)能設(shè)備相比于不可再生能源設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能源的持續(xù)利用，尤其是鋰離子電池結(jié)合了高能量和高功率的優(yōu)點(diǎn)，成為了便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具和全電動(dòng)汽車的首選技術(shù)。采用鋰離子電動(dòng)汽車取代大部分的燃油汽車，溫室氣體的排放將大幅減少，并且鋰離子電池還適用于采用包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿榷喾N自然能源發(fā)電的智能電網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)型經(jīng)濟(jì)。

可充電鋰離子電池(Lithium Ion cells and Batteries，LIBs)由于具有高能量密度、相對(duì)較大的工作電壓和較低的維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，引起了眾多研究人員的關(guān)注。其中，電極材料是確定LIBs性能的最重要因素之一。氧化錫被普遍認(rèn)為是最有前景的鋰離子電池材料之一，然而，這種材料在充放電過(guò)程中易發(fā)生巨大的體積變化(高達(dá)259％)，這會(huì)導(dǎo)致電極破裂并嚴(yán)重破壞電池的循環(huán)性能。一種有效的方法是將氧化錫的尺寸減小至納米級(jí)，并進(jìn)一步減小至量子點(diǎn)(Quantum Dot，簡(jiǎn)寫為QD)尺寸，隨著平均粒徑的減小而非擴(kuò)散長(zhǎng)度的變短，鋰離子的轉(zhuǎn)移變得更加容易，而且氧化錫與鋰離子嵌入相關(guān)的體積膨脹應(yīng)變得到更好的耐受，因此電池的電化學(xué)反應(yīng)大大增加。同時(shí)活性納米粒子與電解質(zhì)接觸形成的界面會(huì)暴露出更多的表面，從而可以反復(fù)形成并分解固體電解質(zhì)界面層。另一方面，具有柔韌性、高電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性的碳質(zhì)材料也可以用來(lái)錨定氧化錫量子點(diǎn)以適應(yīng)體積變化并增強(qiáng)該材料在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而石墨烯是具有六方蜂巢狀網(wǎng)絡(luò)的二維碳納米材料，它由具有sp²雜化軌道的碳原子構(gòu)成，具有出色的表面積、出色的導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度和可調(diào)節(jié)的表面功能化，可以用作功能性生長(zhǎng)的理想基質(zhì)納米材料。

近年來(lái)，通過(guò)將金屬氧化物與石墨烯骨架相結(jié)合來(lái)構(gòu)建三維(3D)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)這一方法已被證明是一種有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電極材料結(jié)構(gòu)完整性和導(dǎo)電性的電極組合。3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以有效地適應(yīng)機(jī)械應(yīng)力并快速傳輸電子，從而減少極化并提高速率性能。然而，如何在具有上述特性的石墨烯上生長(zhǎng)金屬氧化物量子點(diǎn)，至今仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。