锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料及其制备方法技术

锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料及其制备方法，所述复合负极材料由以下方法制成：（1）将氧化石墨烯分散在低元醇中，得氧化石墨烯分散液；（2）将有机锡源溶于氧化石墨烯分散液中，加热，恒温搅拌至溶剂蒸干；（3）在空气中煅烧，冷却，即成。本发明专利技术复合负极材料电子导电性和离子导电性高，离子扩散通道短，体积效应小，组装成电池，在0.01～2.00V，50mA/g下，首次放电克容量高达1846.8mAh/g，循环10次后，比容量可达800mAh/g以上，1A/g下，比容量可稳定在500mAh/g以上，2.5A/g下，比容量仍可达400mAh/g；本发明专利技术简单，周期短，反应温度低，成本低，可大量合成。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，具体涉及一种锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的进展，新能源汽车、便携式电子设备的普及，对作为其能源的电池提出了更高的要求。其中，锂离子电池凭借其能量密度高、环境友好、性能稳定等优点脱颖而出。目前，锂离子电池的负极主要采用石墨材料，其理论容量较低，只有372mAh/g，制约了锂离子电池的发展。由于二氧化锡具有理论容量高（782mAh/g），价格低廉，无污染等特点，因此，成为了锂离子电池负极可选材料之一。但是，二氧化锡在电化学循环过程中，体积效应较大，导电性较差，因此，常常需要对其进行改性。CN103078095A公开了一种二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的制备方法，将氯化胆碱、乙二醇和氧化石墨烯混合均匀，得到混合液，然后向混合液加入氯化亚锡，进行超声震荡反应，再经后处理得到产物。但是，该工艺所得二氧化锡/石墨烯复合的锂离子电池负极材料的容量较低。CN104600275A公开了一种石墨烯基空心二氧化锡锂离子电池负极材料的制备方法，是将石墨烯分散液与前驱体在高压反应釜中反应后，再采用水合肼还原。但是，由于该方法采用高压反应釜制备，制备时间长，难以批量化生产。CN104953101A公开了一种石墨烯气凝胶负载二氧化锡电极材料的制备方法，是将石墨烯水溶液、二氧化锡乙醇溶液、L-抗坏血酸按比例均匀混合，加热反应后，冷冻干燥，煅烧，即成。但是，该方法需要采用水热法制备的二氧化锡，再与石墨烯进行复合，且石墨烯需要还原，制备时间较长。CN102255072A公开了一种二氧化锡与石墨烯片层复合材料的制备方法，是将有机溶剂、氧化石墨烯片层水溶胶与锡盐进行混合后，回流反应后再煅烧。但是，该方法需要两步反应，得到的产品颗粒约50nm，粒径较大，且需要离心、干燥等流程，较为繁琐。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种导电性好、体积效应小，放电克容量高，循环性能好，制备流程简单，周期短，反应温度低，绿色环保的锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，由以下方法制成：（1）将氧化石墨烯分散在低元醇中，得氧化石墨烯分散液；（2）将有机锡源溶于步骤（1）所得氧化石墨烯分散液中，加热，恒温搅拌至溶剂蒸干，得褐色粘稠状物质；（3）将步骤（2）所得褐色粘稠状物质在空气中煅烧，随炉冷却至室温，得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料。优选地，步骤（1）中，所述氧化石墨烯在低元醇中的分散量为0.3～0.7mg/mL。若氧化石墨烯的浓度过高，则氧化石墨烯易沉降，若氧化石墨烯的浓度过低，则氧化石墨烯含量过少。优选地，步骤（1）中，所述低元醇为甲醇、乙醇或丙醇等中的一种或几种。所述低元醇为无水醇。优选地，步骤（2）中，所述有机锡源在氧化石墨烯分散液中的浓度为0.01～0.03mmol/mL。氧化石墨烯在本专利技术复合负极材料的制备过程中，作为硬模板，同时提供碳源，在所述浓度下更有利于有机锡源吸附在氧化石墨烯上。优选地，步骤（2）中，所述有机锡源为二月桂酸二丁基锡和/或二月桂酸二辛基锡等。采用所述有机锡源进行热分解反应时，可以直接生成二氧化锡纳米颗粒，且可以保留有机锡源中的部分碳，形成原位包覆。优选地，步骤（2）中，所述加热的温度为30～55℃。所述加热的目的是使低元醇蒸发。优选地，步骤（3）中，所述煅烧的温度为300～500℃，时间为0.4～2.0h（更优选0.5～1.5h）。煅烧使有机锡源直接分解生成纳米二氧化锡，并在分解过程中生成一些碳原位包覆，若温度过低，则分解反应难以发生，若温度过高，则会使复合材料中来源于有机锡源和石墨烯的碳残留量较少，或全部被烧蚀怠尽。优选地，步骤（3）中，由室温以1～5℃/min（更优选2～4℃/min）的速率升温至煅烧温度。若升温速率过高，则容易发生团聚。本专利技术锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，先通过溶解，将有机锡源吸附在石墨烯烯上，在煅烧过程中，有机锡源直接热解形成纳米颗粒状二氧化锡，并保留了有机锡源中的部分碳，同时通过复合残留的石墨烯形成负极材料，提高了二氧化锡的电化学性能，从而提高了复合材料的导电性。本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料中，纳米二氧化锡均匀分布在石墨烯片上，纳米二氧化锡的颗粒均匀，一次颗粒小于10nm；（2）本专利技术锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料具有电子导电性和离子导电性高，离子扩散通道短，脱嵌锂离子过程中体积效应小等优点；将本专利技术锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料组装成电池，在0.01～2.00V的电压范围内，50mA/g的电流密度下，首次放电克容量可高达1846.8mAh/g，循环10次后，比容量可稳定在800mAh/g以上，1A/g电流密度下，比容量可稳定在500mAh/g以上，2.5A/g电流密度下，比容量仍可达400mAh/g；（3）本专利技术制备流程简单，周期短，反应温度低，成本低，绿色环保，可大量合成且产品产率高。附图说明图1是本专利技术实施例1所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料的SEM图；图2是本专利技术实施例1所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料的TEM图；图3是本专利技术实施例1所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料的XRD图；图4是本专利技术实施例1所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料在不同倍率下的循环充放电曲线图；图5是本专利技术对比例1所得二氧化锡与石墨烯片层复合材料在不同倍率下的循环充放电曲线图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。实施例1（1）将50mg氧化石墨烯分散在100mL无水乙醇中，得100mL氧化石墨烯分散液；（2）将2mmol二月桂酸二丁基锡溶于步骤（1）所得100mL氧化石墨烯分散液中，加热至45℃，恒温搅拌至乙醇溶剂蒸干，得褐色粘稠状物质；（3）将步骤（2）所得褐色粘稠状物质在空气中，由室温以3℃/min的速率升温至400℃，煅烧1h，随炉冷却至室温，得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料。如图1所示，本专利技术实施例所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料中，纳米二氧化锡均匀分布在石墨烯片上。如图2所示，本专利技术实施例所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料中，纳米二氧化锡的一次颗粒均匀，且粒径小于10nm。如图3所示，本专利技术实例所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料中的二氧化锡为纯相，无其它杂质生成。电池的组装：称取0.16g本专利技术实施例所得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，加入0.02g乙炔黑作导电剂和0.02g聚偏氟乙烯作粘结剂，N-甲基吡咯烷酮作为分散剂，混合均匀后，涂于铜箔上制成负极片，在真空手套箱中，以金属锂片为正极，以pe、pp的复合膜为隔膜，1mol/L六氟磷酸锂/DMC:EC（体积比1:1）为电解液，组装成CR2025的扣式电池。如图4所示，将所组装的电池在0.01～2.00V电压范围内，50mA/g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，其特征在于，由以下方法制成：（1）将氧化石墨烯分散在低元醇中，得氧化石墨烯分散液；（2）将有机锡源溶于步骤（1）所得氧化石墨烯分散液中，加热，恒温搅拌至溶剂蒸干，得褐色粘稠状物质；（3）将步骤（2）所得褐色粘稠状物质在空气中煅烧，随炉冷却至室温，得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料。

【技术特征摘要】
1.锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，其特征在于，由以下方法制成：（1）将氧化石墨烯分散在低元醇中，得氧化石墨烯分散液；（2）将有机锡源溶于步骤（1）所得氧化石墨烯分散液中，加热，恒温搅拌至溶剂蒸干，得褐色粘稠状物质；（3）将步骤（2）所得褐色粘稠状物质在空气中煅烧，随炉冷却至室温，得锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料。2.根据权利要求1所述锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，其特征在于：步骤（1）中，所述氧化石墨烯在低元醇中的分散量为0.3～0.7mg/mL。3.根据权利要求1或2所述锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负极材料，其特征在于：步骤（1）中，所述低元醇为甲醇、乙醇或丙醇中的一种或几种。4.根据权利要求1～3之一所述锂离子电池二氧化锡/石墨烯复合负...

【专利技术属性】
技术研发人员：童汇，王旭，黄英德，陈核章，张宝，喻万景，郑俊超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43