鋰離子電池用石墨烯負(fù)載二氧化錫量子點(diǎn)負(fù)極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了鋰離子電池用石墨烯/二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合電極材料的制備方法。在此類樣品的制備過程中利用濕化學(xué)法在相對(duì)溫和的實(shí)驗(yàn)條件下合成了石墨烯負(fù)載的二氧化錫量子點(diǎn)，此種制備流程采用尿素作為還原劑還原氧化石墨，具有反應(yīng)條件簡(jiǎn)單可控、生產(chǎn)成本低廉的優(yōu)勢(shì)。石墨烯的引入不僅可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電能力，同時(shí)又可對(duì)二氧化錫充放電過程中的體積變化起到有效的緩沖作用，因此此類復(fù)合材料顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】鋰離子電池用石墨烯負(fù)載二氧化錫量子點(diǎn)負(fù)極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池用負(fù)極材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯和二氧化錫復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前商業(yè)化的鋰離子電池多采用石墨材料作為負(fù)極活性材料，但石墨材料的理論容量?jī)H為372 mAh g—1，這大大限制了鋰離子電池的性能提升和廣泛應(yīng)用。而近年來(lái)電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展對(duì)鋰離子電池的容量和倍率性能也提出了更高的要求，這迫使研究人員開始嘗試尋找具有高容量以及優(yōu)異循環(huán)性能、倍率性能的新型鋰電用負(fù)極材料。二氧化錫材料由于具有較高的理論容量(790 mAh g_0而成為新的研究熱點(diǎn)。多個(gè)研究結(jié)果顯示，二氧化錫在嵌鋰反應(yīng)中二氧化錫與錫之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)也顯示出完全可逆或部分可逆的特點(diǎn)，因此二氧化錫的理論容量可增加到1490 mAh g_\具有很高的實(shí)用價(jià)值。但二氧化錫在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化，從而引起電極材料的粉化，導(dǎo)致其循環(huán)性能的突降，這一缺陷極大的限制了二氧化錫負(fù)極材料在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。
[0003]為了改善二氧化錫材料的循環(huán)性能和倍率性能，研究人員嘗試制備了二氧化錫與碳材料的復(fù)合材料，碳材料的引入不僅可以顯著提高二氧化錫材料的導(dǎo)電性能，同時(shí)也可有效緩沖充放電過程中二氧化錫材料的體積膨脹，但此類復(fù)合材料的合成過程通常比較復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)條件苛刻，制作成本較高。
[0004]在本發(fā)明中，我們?cè)谳^溫和的實(shí)驗(yàn)條件下合成石墨烯負(fù)載的二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料，通過使用表面活性劑可使粒徑均一的二氧化錫量子點(diǎn)均勻的分散在石墨烯表面。石墨烯的存在一方面可改善電極材料的導(dǎo)電性能，有利于鋰離子的嵌入/脫出反應(yīng)；同時(shí)又可提高二氧化錫量子點(diǎn)的穩(wěn)定性，有效防止充放電反應(yīng)過程中粒子的團(tuán)聚，從而提高電極材料的嵌鋰容量，改善電極材料的循環(huán)性能和倍率性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明利用濕化學(xué)法在較溫和的實(shí)驗(yàn)條件下制備了一種石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合電極材料。
[0006]本發(fā)明中的石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料是通過以下步驟制備的:
——a將2.2-2.7 g表面活性劑加入到70 mL氧化石墨烯懸浮水溶液中(濃度為10 g/L)，攪拌直至表面活性劑完全溶解，將得到的懸浮液稀釋至300 mL，其中所使用的表面活性劑為檸檬酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種；
——b將上述懸浮液加入到100 mL 0.12 mol/L的四氯化錫鹽酸溶液中(鹽酸濃度為
3.8 wt%)；
——c將45-50 mL尿素水溶液(濃度為I mol/L)滴加至上述混合液中，加水將溶液稀釋至1000 mL，在85-90°C條件下回流16小時(shí)，得到的沉淀物在40°C條件下真空干燥，在氬氣氣氛中400-500°C條件下煅燒2小時(shí)即得到石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明利用濕化學(xué)法在較溫和的實(shí)驗(yàn)條件下成功制備了石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料。利用此方法制備的此類復(fù)合材料中石墨烯的含量在25-35%，二氧化錫量子點(diǎn)的直徑在4-8 nm左右，可縮短鋰離子脫嵌過程中的傳輸路徑，顯著提高復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰容量，改善其倍率性能。在制備過程中向反應(yīng)液中加入表面活性劑可使二氧化錫量子點(diǎn)緊密并均勻的附著在石墨烯的表面，可提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，改善二氧化錫粒子與石墨烯之間的接觸性能，有利于復(fù)合材料電化學(xué)性能的提升。二氧化錫量子點(diǎn)的均勻分布可有效避免由于鋰離子嵌入/脫出過程中體積變化所引起的電極粉化現(xiàn)象，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電池的使用壽命。在本發(fā)明中利用尿素作為還原劑可有效還原氧化石墨烯，具有生產(chǎn)成本低廉以及操作流程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，易于推廣到工業(yè)生產(chǎn)中。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果:
1、本發(fā)明利用濕化學(xué)法成功制備了石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料，該流程具有操作條件簡(jiǎn)單可控、制備流程溫和、生產(chǎn)原料低廉的優(yōu)勢(shì)。在水解過程中向溶液中引入表面活性劑有助于二氧化錫量子點(diǎn)在石墨烯表面的均勻分布以及兩者之間的緊密結(jié)合，保證了材料的熱穩(wěn)定性以及二氧化錫量子點(diǎn)與石墨烯之間優(yōu)異的電接觸性能。
[0009]2、本發(fā)明制備的石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，石墨烯在二氧化錫的充放電過程中可起到有效的支撐作用，同時(shí)又可以緩沖二氧化錫充放電過程中的體積變化，作為鋰離子電池負(fù)極材料使用時(shí)可顯示出較高的充放電容量以及良好的循環(huán)性能和倍率性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1、石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料的透射電鏡照片；
圖2、石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0011]將2.3 g十二烷基苯磺酸鈉加入到70 mL氧化石墨烯懸浮水溶液中(濃度為10 g/L)，攪拌直至表面活性劑完全溶解，將得到的懸浮液稀釋至300 mL。將上述懸浮液加入到100 mL 0.12 mol/L的四氯化錫鹽酸溶液中(鹽酸濃度為3.8 wt%)，將46 mL尿素水溶液(濃度為I mol/L)滴加至上述混合液中，加水將溶液稀釋至1000 mL，在88°C條件下回流16小時(shí)，得到的沉淀物在40oC條件下真空干燥，在氬氣氣氛中420°C條件下煅燒2小時(shí)，即得到石墨烯/二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料。
[0012]圖1為此實(shí)施例生產(chǎn)的石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料的透射電鏡照片，照片顯示此樣品中的二氧化錫量子點(diǎn)直徑約為5 nm左右，并均勻分布在石墨烯表面。
[0013]將此實(shí)施例生產(chǎn)的石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料作為負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，按照電極材料:乙炔黑:粘結(jié)劑=8:1:1 (質(zhì)量比)的比例混合得到漿料，均勻涂覆在銅箔集流體上，電極片干燥后壓制，活性物質(zhì)的負(fù)載量為1-2 mg/cm2，單電極充放電測(cè)試時(shí)選取的對(duì)電極為金屬鋰，以I M LiPF6-EC/DMC/EMC (體積比為1:1:1)為電解液，組裝成扣式電池。圖2為此樣品在電流密度為500 mA g-1條件下的充放電循環(huán)性能曲線，測(cè)試結(jié)果顯示在經(jīng)過200個(gè)充放循環(huán)后，其容量仍保持在900 mAh g—1左右，具有良好的電化學(xué)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合電極材料，其特征在于此材料是通過以下步驟制備的: ——a將2.2-2.7 g表面活性劑加入到70 mL氧化石墨烯懸浮水溶液中(濃度為10 g/L)，攪拌直至表面活性劑完全溶解，將得到的懸浮液稀釋至300 mL，其中所使用的表面活性劑為檸檬酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種； ——b將上述懸浮液加入到100 mL 0.12 mo I/L的四氯化錫鹽酸溶液中(鹽酸濃度為3.8 wt%)； ——c將45-50 mL尿素水溶液(濃度為I mol/L)滴加至上述混合液中，加水將溶液稀釋至1000 mL，在85-90°C條件下回流16小時(shí)，得到的沉淀物在40°C條件下真空干燥，在氬氣氣氛中400-500°C條件下煅燒2小時(shí)即得到石墨烯/ 二氧化錫量子點(diǎn)復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】H01M4/48GK103441254SQ201310393808
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】郭金學(xué), 張曉
申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)