一种双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法技术

一种双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法，它涉及一种负极材料的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的SnO2与石墨烯复合物作为负极材料使用时，在大电流密度下的循环性能及储锂性差的问题。制备方法：一、制备纳米炭球；二、两步法制备SnO2@C，得到SnO2@C复合材料；三、微波水热反应，得到SnO2@C/石墨烯复合材料固体粉末，即为双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料。本发明专利技术主要用于制备双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种负极材料的制备方法。
技术介绍
随着社会经济的飞速发展，人类社会对于能源的需求越来越高，面临的能源供需形势日益严峻，能源与环境问题成为人类社会关注的焦点。不可再生能源的枯竭，使用过程中产生的污染和温室效应使我们迫不及待的寻求清洁绿色的能源。化学电源的出现给人类的生产生活带来了极大的方便，其中锂离子电池作为现代社会电力领域的新秀正在蓬勃发展。近年来，锂离子电池的应用逐步走向电动汽车领域，而电动汽车的快速发展对锂离子电池的性能又提出了更高的要求。石墨是目前商业化锂离子电池主要的负极材料，然而石墨电极材料储锂容量低(理论储锂容量为372mA·h·g-1)，在使用中存在诸如充电频繁和倍率性能差等问题，严重制约着锂离子电池在混合动力汽车及纯电动汽车等方面的发展。因此，需要积极发展和探索比容量高、容量衰减率小、安全性能好的新型锂离子电池负极材料。SnO2负极材料具有储锂容量高(782mA·h·g-1)、嵌锂电势低、安全性高及环境友好等优点，被认为是非常具有潜力的新一代锂离子电池负极材料。然而，SnO2在充放电过程中巨大的体积膨胀导致电极材料的循环性能及大电流密度下的充放电性能较差，限制了其实际应用。石墨烯是构成碳材料的基本单元，具有比表面积大(2630m2·g-1)及理论储锂容量高(744mA·h·g-1)等特点，用作锂离子电池负极材料具有独特的优势，且石墨烯基复合负极材料可更进一步提高锂离子电池的电化学储锂性能。石墨烯与SnO2复合后能够发挥二者的协同作用，SnO2能够阻止石墨烯团聚和堆叠现象的发生，石墨烯能够缓解SnO2在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀，进而提高锂离子电池的充放电容量和延长锂离子电池的循环寿命。SnO2的形貌与尺度是影响复合材料电化学储锂性能的关键因素之一，在制备复合材料过程中如何实现纳米尺度小，均一性、分散性好的SnO2纳米粒子的可控制备尤为关键。目前人们用不同的方法合成了不同形貌的SnO2与石墨烯复合物，如花状SnO2、SnO2纳米棒、SnO2中空球与石墨烯的复合物，以及SnO2/Au、SnO2-碳纳米管与石墨烯的三元复合物材料，这些材料作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学储锂性能。然而，由于SnO2粒子尺度较大且分散性差，在大电流密度下，大颗粒SnO2粒子在嵌锂和脱锂过程中依然容易发生团聚及粉化，进而影响了复合材料的电化学性能，使其在大电流密度下的循环性能及储锂性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备的SnO2与石墨烯复合物作为负极材料使用时，在大电流密度下的循环性能及储锂性差的问题，而提供一种双重修饰的SnO2C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法。一种双重修饰的SnO2C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备纳米炭球：将葡萄糖粉末放入去离子水中，并磁力搅拌10min，得到葡萄糖水溶液；将葡萄糖溶液倒入微波反应器中的聚四氟乙烯的反应釜中密封，在温度为120～200℃和压强为10bar～30bar下反应0.5h～3h，离心分离得到固相产物，对固体产物进行离心水洗，直至洗涤后滤液澄清为止，得到洗涤后固相产物，将洗涤后的固相产物在温度为80℃下真空干燥8h，再进行研磨，得到纳米炭球粉末；步骤一中所述的葡萄糖粉末的质量与去离子水的体积比为(2～8)g:30mL；二、两步法制备SnO2C：①、将锡盐溶于去离子水中，得到浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液；②、将纳米炭球放入去离子水中，在超声功率为360W的条件下超声分散30min，得到浓度为5g/L的纳米炭球分散液；③、在功率为360W超声辅助下以1mL/min～10mL/min的流速将浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液加入浓度为5g/L的纳米炭球分散液中，继续在超声功率为360W的条件下超声分散混匀，然后在温度为180℃下水热反应8h，离心分离得到固体产物，对固体产物进行离心水洗至上层液澄清，得到洗涤后固体产物，将洗涤后的固体产物在温度为80℃干燥至恒重，得到SnO2C粉末，然后在温度为500℃氮气保护下热处理120min，得到SnO2C复合材料；步骤二③中所述的浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液与浓度为5g/L的纳米炭球分散液的体积比为(6～14):20；三、微波水热反应：在搅拌条件下将SnO2C复合材料加入到浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，并在超声功率为800W，超声频率为60KHz的条件下超声分散30min，得到混合溶液，将混合溶液转移至微波反应器的高压反应罐中，在微波水热反应功率为700W～1200W、微波水热反应温度为160～260℃和微波水热反应压强为10bar～3bar下反应30min～90min，得到黑色产物，采用自然沉降水洗黑色产物，至自然沉降得到的上清液澄清为止，得到洗涤后黑色产物，将洗涤后黑色产物在温度为80℃干燥至恒重，研磨后得到SnO2C/石墨烯复合材料固体粉末，即为双重修饰的SnO2C/石墨烯纳米复合物负极材料；步骤三中所述的SnO2C复合材料与浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为(1～20):1。本专利技术优点：一、本专利技术采用微波水热法把传统的水热合成法和微波场相结合，制备纳米炭球时反应速度快、压力和温度完全可控，与传统水热法相比，微波水热法能够在更短的时间内制备得到纳米尺度小、分散性及均一性较好的完整结构的纳米炭球；二、本专利技术采用微波水热法制备的纳米炭球为多聚糖结构，表面含有大量的含氧官能团，有利于锡盐在纳米炭球表面成核，能够实现纳米尺度小、均一性及分散性好的SnO2的制备，对包覆层的均一性控制十分有利；三、本专利技术采用微波水热法制备SnO2C/石墨烯复合材料过程中，在微波反应器的密闭高压反应罐中，当微波辐射反应溶液时，氧化石墨烯和SnO2C随着微波电场频率的改变迅速改变它们的正负取向，来回旋转和碰撞摩擦，系统总能量增加，并且在电场力的作用下相互碰撞摩擦，使溶剂温度远高于其沸点温度，有利氧化石墨烯发生脱氧反应生成石墨烯，且利于SnO2C在石墨烯片层间的高度分散；四，本专利技术制备的双重修饰的SnO2C/石墨烯纳米复合物负极材料由于石墨烯和纳米炭球对SnO2纳米粒子起到双重修饰作用，SnO2C/石墨烯电极材料具有更加优异的电化学储锂性能。一方面纳米炭球对SnO2纳米粒子起到稳固作用，同时缓冲其体积膨胀；另一方面石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、制备纳米炭球：将葡萄糖粉末放入去离子水中，并磁力搅拌10min，得到葡萄糖水溶液；将葡萄糖溶液倒入微波反应器中的聚四氟乙烯的反应釜中密封，在温度为120～200℃和压强为10bar～30bar下反应0.5h～3h，离心分离得到固相产物，对固体产物进行离心水洗，直至洗涤后滤液澄清为止，得到洗涤后固相产物，将洗涤后的固相产物在温度为80℃下真空干燥8h，再进行研磨，得到纳米炭球粉末；步骤一中所述的葡萄糖粉末的质量与去离子水的体积比为(2～8)g:30mL；二、两步法制备SnO2@C：①、将锡盐溶于去离子水中，得到浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液；②、将纳米炭球放入去离子水中，在超声功率为360W的条件下超声分散30min，得到浓度为5g/L的纳米炭球分散液；③、在功率为360W超声辅助下以1mL/min～10mL/min的流速将浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液加入浓度为5g/L的纳米炭球分散液中，继续在超声功率为360W的条件下超声分散混匀，然后在温度为180℃下水热反应8h，离心分离得到固体产物，对固体产物进行离心水洗至上层液澄清，得到洗涤后固体产物，将洗涤后的固体产物在温度为80℃干燥至恒重，得到SnO2@C粉末，然后在温度为500℃氮气保护下热处理120min，得到SnO2@C复合材料；步骤二③中所述的浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液与浓度为5g/L的纳米炭球分散液的体积比为(6～14):20；三、微波水热反应：在搅拌条件下将SnO2@C复合材料加入到浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，并在超声功率为800W的条件下超声分散30min，得到混合溶液，将混合溶液转移至微波反应器的高压反应罐中，在微波水热反应功率为700W～1200W、微波水热反应温度为160～260℃和微波水热反应压强为10bar～30bar下反应30min～90min，得到黑色产物，采用自然沉降水洗黑色产物，至自然沉降得到的上清液澄清为止，得到洗涤后黑色产物，将洗涤后黑色产物在温度为80℃干燥至恒重，研磨后得到SnO2@C/石墨烯复合材料固体粉末，即为双重修饰的SnO2@C/石墨烯纳米复合物负极材料；步骤三中所述的SnO2@C复合材料与浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量比为(1～20):1。...

【技术特征摘要】
1.一种双重修饰的SnO2C/石墨烯纳米复合物负极材料的制备方法，其特征在于它
是按以下步骤完成的：
一、制备纳米炭球：将葡萄糖粉末放入去离子水中，并磁力搅拌10min，得到葡萄糖
水溶液；将葡萄糖溶液倒入微波反应器中的聚四氟乙烯的反应釜中密封，在温度为
120～200℃和压强为10bar～30bar下反应0.5h～3h，离心分离得到固相产物，对固体产物进行
离心水洗，直至洗涤后滤液澄清为止，得到洗涤后固相产物，将洗涤后的固相产物在温度
为80℃下真空干燥8h，再进行研磨，得到纳米炭球粉末；
步骤一中所述的葡萄糖粉末的质量与去离子水的体积比为(2～8)g:30mL；
二、两步法制备SnO2C：①、将锡盐溶于去离子水中，得到浓度为0.01mol/L～0.06mol/L
的锡盐溶液；②、将纳米炭球放入去离子水中，在超声功率为360W的条件下超声分散
30min，得到浓度为5g/L的纳米炭球分散液；③、在功率为360W超声辅助下以
1mL/min～10mL/min的流速将浓度为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液加入浓度为5g/L的纳
米炭球分散液中，继续在超声功率为360W的条件下超声分散混匀，然后在温度为180℃下
水热反应8h，离心分离得到固体产物，对固体产物进行离心水洗至上层液澄清，得到洗涤
后固体产物，将洗涤后的固体产物在温度为80℃干燥至恒重，得到SnO2C粉末，然后在
温度为500℃氮气保护下热处理120min，得到SnO2C复合材料；步骤二③中所述的浓度
为0.01mol/L～0.06mol/L的锡盐溶液与浓度为5g/L的纳米炭球分散液的体积比为(6～14):20；
三、微波水热反应：在搅拌条件下将SnO2C复合材料加入到浓度为1mg/mL的氧化
石墨烯水溶液中，并在超声功率为800W的条件下超声分散30min，得到混合溶液，将混
合溶液转移至微波反应器的高压反应罐中，在微波水热反应功率为700W～1200W、微波水
热反应温度为160～260℃和微波水热反应压强为10bar～30bar下反应30min～90min，得到黑
色产物，采用自然沉降水洗黑色产物，至自然沉降得到的上清液澄清为止，得到洗涤后黑
色产物，将洗涤后黑色产物在温度为80℃干燥至恒重，研磨后得到SnO2C/石墨烯复合材<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽来，吴大青，解丽萍，丁淑芳，罗克洁，张宏森，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23