氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，是将GO超声分散于水中形成氧化石墨烯水分散液；将Sb2O3超声分散于醇类溶剂中形成三氧化二锑醇分散液，再将两种分散液混合并磁力搅拌分散后，在密闭条件、120~180℃下溶剂热反应8~24小时，除去压力后，过滤，干燥，即得氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料。本发明专利技术通过控制原料和Sb2O3的比例，制备了不同结构的纳米复合材料SbxOy/rGO。电化学性能测试结果表明，SbxOy/rGO纳米复合材料作为锂离子电池负极材料，具有良好的电化学性能，拥有很好的发展前景。

Antimony oxide / reduced graphene oxide nanocomposites and their preparation and Application

The present invention provides a preparation method of antimony oxide/reduced graphene oxide nanocomposites, in which GO ultrasonic is dispersed in water to form graphene oxide aqueous dispersion, Sb2O3 ultrasonic is dispersed in alcoholic solvents to form antimony trioxide dispersion solution, and the two dispersion solutions are mixed and magnetically stirred and dispersed in airtight conditions. Antimony oxide/reduced graphene oxide nanocomposites were synthesized by solvothermal reaction at 120-180 C for 8-24 hours, pressure removal, filtration and drying. By controlling the ratio of raw materials to SB2O3, the SbxOy/rGO nanocomposites with different structures are prepared. The electrochemical performance test results show that SbxOy/rGO nanocomposites as anode materials for lithium ion batteries have good electrochemical performance and good prospects for development.

【技术实现步骤摘要】
氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料及其制备和应用
本专利技术涉及一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，尤其涉及一步溶剂热法合成氧化锑/还原氧化石墨烯（SbxOy/rGO）纳米复合材料的方法，主要用于锂离子电池负极材料。
技术介绍
锂离子电池(LithiumIonBattery，简称LIB)是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，也是未来电动交通工具使用的理想电源。前商品化的锂离子电池的负极材料是石墨以及其它形式的碳材料。由于石墨的理论容量只有372mAh·g-1，而且嵌锂电位较低，限制了其使用范围。与石墨等碳材料相比，某些锑基合金具有较理想的嵌锂电位和较高的质量比及体积比容量，应用前景十分广阔。这些锑基合金一般采用固相烧结法制备，该方法设备昂贵、工艺复杂、对原材料要求高，使得制备成本大大提高。另外，由于锑基合金在充放电过程中体积变化较大，再加上固相法制备的材料颗粒尺寸较大且分布不均匀，所以所得锑基合金材料的电化学稳定性较差。另外，由于锑基合金在充放电过程中体积变化较大，再加上固相法制备的材料颗粒尺寸较大且分布不均匀，所以所得锑基合金材料的电化学稳定性较差。目前提高合金负极循环稳定性的方法有将材料纳米化及复合化。锑氧化合物/石墨烯复合材料的制备普遍采用锑盐为锑源，在制备过程中引入了不需要的氯离子等阴离子，这些阴离子将进入到材料制备过程中产生的附加产物——溶液中，致使这些溶液成为废液，需对其进行额外的无害化处理后才能排放或使用，造成资源浪费和复杂的后续处理。这些阴离子的引入，还给生产得到产品带来离子污染，较难得到纯度高的产品，造成产品质量问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中制备锑氧化合物/石墨烯复合材料存在的问题，提供一种以氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）为直接原料，通过一步溶剂热法合成SbxOy/还原氧化石墨烯（SbxOy/rGO）纳米复合材料的方法。一、氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备本专利技术制备氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的方法，是将氧化石墨烯（GO）超声分散于水中形成浓度为2~20g/L的氧化石墨烯悬浮液；将三氧化二锑（Sb2O3）超声分散于醇类溶剂（乙醇、乙二醇等）中形成浓度为2~100g/L的三氧化二锑悬浮液；再将两种悬浮液混合并磁力搅拌均匀后，在密闭条件，120~180℃下溶剂热反应8~24小时，除去压力后，产物经洗涤，过滤，干燥，即得氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料（SbxOy/rGO）而过滤后的滤液又可直接返回用作制备本系列复合材料的溶剂使用。合成产物复合材料SbxOy/rGO可为Sb2O3/rGO、Sb2O4/rGO、Sb6O13/rGO，具体成分可由原料比例控制。混合悬浮液中，当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:20~1:3时，得到的纳米复合材料为Sb2O3/rGO；当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:3~1:1时，得到的纳米复合材料为Sb2O4/rGO；当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:1~1:0.1时，得到的纳米复合材料为Sb6O13/rGO。二、氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的结构表征下面通过X-射线衍射图（XRD）、扫描电镜图（SEM）及投射电镜图（TEM）对本专利技术制备的氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的结构进行表征。图1、2、3分别为本专利技术制备的Sb2O3/rGO复合材料的XRD、SEM及TEM。图1中出现了Sb2O3的主要特征衍射峰，没有其他杂峰的出现。说明当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:20~1:3时经过溶剂热处理，得到了Sb2O3/rGO纳米复合材料。通过图2可以看出，制备的Sb2O3纳米颗粒均匀的锚定在还原氧化石墨烯（rGO）表面上，Sb2O3纳米颗粒没有出现团聚现象。通过图3可以看出，制备的Sb2O3/rGO纳米复合材料在rGO内部有纳米尺寸的Sb2O3的分布。表征分析表明纳米尺寸的Sb2O3被均匀地锚定/包裹在rGO上，当用作锂离子电池负极材料时纳米尺寸的Sb2O3以及rGO的支撑作用都很好缓解了Sb2O3/rGO复合材料在充放电过程中的体积膨胀，从而具有良好的循环稳定性。图5、6、7分别为本专利技术制备的Sb2O4/rGO复合材料的XRD、SEM及TEM。由图5可以看出，出现了Sb2O4的主要特征衍射峰，在19.5°出现了还原氧化石墨烯的特征峰。说明当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:3~1:1时经过溶剂热处理，得到了Sb2O4/rGO纳米复合材料。通过图6可以看出，制备得到的Sb2O4纳米颗粒均匀的锚定在还原氧化石墨烯（rGO）表面上，没有出现团聚现象。通过图可以看出，制备的Sb2O4/rGO纳米复合材料其纳米尺寸的Sb2O4均匀分散在rGO内部。表征分析表明纳米尺寸的Sb2O4被均匀地锚定/包裹在rGO上，当用作锂离子电池负极材料时纳米尺寸的Sb2O4以及rGO的支撑作用都很好缓解了Sb2O4/rGO复合材料在充放电过程中的体积膨胀，从而具有良好的循环稳定性。图9、10、11分别为本专利技术制备的Sb6O13/rGO复合材料的XRD、SEM及TEM。通过图9可以看出，出现了Sb6O13的主要特征衍射峰，在22.8°附近出现了还原氧化石墨烯的特征峰。说明当氧化石墨烯（GO）和三氧化二锑（Sb2O3）的质量为1:1~1:0.1时经过溶剂热处理，得到了Sb6O13/rGO纳米复合材料。通过图10可以看出，少量的Sb6O13纳米颗粒被锚定在还原氧化石墨烯（rGO）表面上，没有出现团聚现象。通过图11可以看出制备得到的Sb6O13/rGO纳米复合材料在rGO内部有较多纳米尺寸的Sb6O13并很好的均匀分散。表征分析表明纳米尺寸的Sb6O13被均匀地锚定/包裹在rGO上，当用作锂离子电池负极材料时纳米尺寸的Sb6O13以及rGO的支撑作用都很好缓解了Sb6O13/rGO复合材料在充放电过程中的体积膨胀，从而具有良好的循环稳定性。三、氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料作为锂离子电池负极材料时的性能测试1、测试方法将一定量的氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料和聚偏氟乙烯与乙炔黑研磨调制浆料后，组装成扣式电池并采用蓝电测试系统对其进行循环性能的测试。2、测试结果三氧化二锑/还原氧化石墨烯（Sb2O3/rGO）复合材料在作为锂离子电池负极材料时，在电流密度为100mAg-1时首次效率达到58.9%，具有较高的首次可逆比容量1206.8mAhg-1，100次循环后可逆比容量能够保持在766.9mAhg-1，具有良好的循环稳定性（见图4）。四氧化二锑/还原氧化石墨烯（Sb2O4/rGO）复合材料当用作锂离子电池负极材料时，在电流密度为100mAg-1时首次效率达到52%，具有较高的首次可逆比容量676.2mAhg-1，200次循环后可逆比容量能够保持在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，是将氧化石墨烯超声分散于水中形成氧化石墨烯水分散液；将三氧化二锑超声分散于醇类溶剂中形成三氧化二锑醇分散液，再将两种分散液混合并磁力搅拌后，在密闭条件、120~180℃下溶剂热反应8~24小时，除去压力后，过滤，干燥，即得三氧化二锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，是将氧化石墨烯超声分散于水中形成氧化石墨烯水分散液；将三氧化二锑超声分散于醇类溶剂中形成三氧化二锑醇分散液，再将两种分散液混合并磁力搅拌后，在密闭条件、120~180℃下溶剂热反应8~24小时，除去压力后，过滤，干燥，即得三氧化二锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料。2.如权利要求1所述一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯水分散液中，氧化石墨烯的浓度为2~20g/L。3.如权利要求1所述一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述醇类溶剂为乙醇或乙二醇。4.如权利要求1所述一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述三氧化二锑醇分散液中，三氧化二锑的浓度为2~100g/L。5.如权利要求1所述一种氧化锑/还原氧化石墨烯纳米复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小中，陆和杰，张正锋，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62