[發明專利]一種石墨烯包覆納米多孔錫復合材料制備方法

在審

• 申請號: 202110229463.5
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112928266A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張聰惠;梁丹瑩;趙旭;宋國棟;章勛亮;何曉梅
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種石墨烯包覆納米多孔錫復合材料制備方法，首先利用鎂錫合金對氧化石墨烯的原位還原作用，在氧化石墨烯水溶液里同時實現氧化石墨烯的還原和鎂錫合金的石墨烯包覆；然后在通過去合金化法對合成的石墨烯包覆鎂錫合金復合材料進行選擇性腐蝕，得到石墨烯包覆納米多孔錫復合材料。本發明制備出來的復合材料，不僅提高的錫電極的導電性能，還有效的緩解了錫負極材料的體積膨脹問題，從而提高電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于儲能器件電極材料制備技術領域，具體涉及一種石墨烯包覆納米多孔錫復合材料制備方法。

背景技術

隨著社會不斷地進步、科技的發展，能源問題也接踵而至。人類對石油、煤炭和天然氣等不可再生能源的消耗是不可估量的，而且這些能源消耗也給環境帶來了一系列的問題，如溫室效應，酸雨，霧霾等。所以保護以及合理利用不可再生資源和開發綠色無污染，高效的新能源體系迫在眉睫。在此背景下具有高比能量、小體積、輕重量、溫度范圍較寬、無記憶及無污染等優點的鋰電池應運而生。隨著新能源汽車，風能太陽能儲能等領域的不斷開發，對環境友好，無論生產、使用和報廢都不存在鎘、鉛、汞等對環境有污染的元素的綠色電池(鋰離子電池)受到很大的關注,被廣泛用于便攜式電子設備、電子監控設備以及電動汽車等各個領域，進而對鋰離子電池的容量和能量儲存提出了更高的要求。因此，開發具有高容量和高穩定性的鋰離子電池具有重要的研究意義和應用前景。其中，作為鋰離子電池容量和能量密度的決定電極，具有高容量及高穩定性的負極材料的設計與開發是實現這一目標的重要研究內容。

目前商品化的鋰離子電池負極材料多以碳類材料為主，但是碳材料的理論容量和安全問題限制了鋰離子電池的進一步發展。而錫可以與鋰形成合金，有可能取代石墨成為下一代鋰離子電池負極材料由于金屬錫和鋰可以發生合金化反應，而且錫的理論質量比容量為990mAh/g，體積比容量為7200mAh/cm³，接近石墨的三倍，是一種很有應用前景的負極材料。

錫基材料是屬于合金/去合金型儲鋰材料，錫基材料作為典型的合金型儲鋰材料，與有機電解質具有很好的相容性，導電性良好，金屬基負極可以形成含鋰量很高的鋰合金，儲鋰容量較高，但是，錫負極在充放電過程中經歷著巨大的體積膨脹效應(＞300％)，從而易導致電極材料的粉化，大大降低了電池的循環性能。為了解決以上問題，研究者從制備具有納米結構(納米顆粒、納米管、納米線、納米薄膜和多孔結構等)的錫材料和制備錫的復合材料各個方面對其進行錫負極的改性，解決的方法之一是制備多孔的活性/非活性(低活性)復合合金材料.多孔材料起到分散緩沖介質的作用，經實驗證明具有良好的循環性能。雖然多孔材料可以改善電極材料的體積膨脹問題，但是降低了材料的導電性能，從而影響材料的充放電效率和倍率性能；制成多孔材料之后增加了材料與電解液的接觸面積，消耗更多的電解液形成SEI膜，嚴重影響電池的性能。因此，需要對多孔材料進行進一步的改性，即對多孔材料進行復合化。成為錫負極電極材料的研究重點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種石墨烯包覆納米多孔錫復合材料制備方法，備方便簡便易操作，且成本低，制備的錫基復合材料作為鋰離子電池負極材料擁有較高的比容量和較好的穩定性能。

本發明采用以下技術方案：

一種石墨烯包覆納米多孔錫復合材料制備方法，制備錫基合金粉末，然后將錫基合金粉末浸入氧化石墨烯水溶液中進行充分反應，利用錫基合金對氧化石墨烯進行原位還原，同時對錫基合金實現石墨烯包裹得到石墨烯包覆鎂錫合金復合材料，最后在腐蝕性溶液中對合成的石墨烯包覆鎂錫合金復合材料進行去合金化，得到石墨烯包覆納米多孔錫復合材料。

具體的，制備錫基合金粉末具體為：

通過電弧熔煉的方式，將金屬鎂和金屬錫以共晶合金成分比例加入進坩堝進行熔煉并保溫，待合金成分均勻后澆鑄成型得合金鑄錠，將合金鑄錠搗碎制成粉末，對粉末進行篩選，得到粒徑1～100μm的錫基合金粉末。

進一步的，熔煉處理的溫度為700～800℃，保溫時間為30min～1h。