高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体地说是高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：选取浓度为1‑5g/L的分散溶液加入锡基金属盐，得混合溶液；再将作为碳包覆/分散剂用的蔗糖或葡萄糖投入上述混合溶液中得混合料液；将上述分散均匀的混合料液密封进入高温反应釜，加热升温进行溶剂热反应，反应温度为100‑300℃，反应时间为30‑200min，然后冷却进行分离洗涤，干燥后得到的固相产物即为最终产品。本发明专利技术与现有技术相比，制备方法温和、高效，得到高容量、长循环的复合材料；在SnO2表面均匀包覆的超薄碳包覆层，能够有效缓解材料的体积膨胀带来的结构破坏，增加材料使用寿命。

Preparation of Highly Reversible SnO2 Quantum Dots and Graphene Composites

The invention relates to the technical field of lithium ion batteries, in particular to the preparation method of highly reversible SnO 2 quantum dots and graphene composites. Its characteristics include the following preparation steps: selecting a dispersed solution with a concentration of 1_5g/L and adding tin-based metal salts to obtain a mixed solution; and then putting sucrose or glucose as a carbon-coated/dispersant into the above-mentioned mixed solution to obtain the mixed solution. The dispersed and uniform mixture liquid is sealed into the high temperature reactor, heated and heated for solvothermal reaction. The reaction temperature is 100 300 C and the reaction time is 30 200 min, then cooled, separated and washed, and the solid phase product obtained after drying is the final product. Compared with the prior art, the preparation method of the invention is mild and efficient, and the composite material with high capacity and long cycle can be obtained. The ultra-thin carbon coating uniformly coated on the surface of SnO 2 can effectively alleviate the structural damage caused by the volume expansion of the material and increase the service life of the material.

【技术实现步骤摘要】
高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体地说是高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
SnO2，相对与传统石墨类负极材料，具有显著的能量密度优势，完全可逆状态为1494mAh/g。但是，传统的研究与应用发现，SnO2材料难以实现完全可逆，其容量一直被认为783mAh/g。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，采用一步水热法，在石墨烯表面合成了SnO2量子点，并实现颗粒表面的原位碳包覆改性，实现SnO2量子点具有高度可逆的电化学性能，接近可逆容量1494mAh/g，具有显著的能量密度优势，对于下一代高能量密度的锂离子电池的开发具有重要意义。为实现上述目的，设计一种高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：(1)、选取浓度为1-5g/L的分散溶液，利用搅拌/超声实现均值分散；所述的分散溶液为石墨烯分散溶液或者氧化石墨烯；(2)、再加入锡基金属盐，通过搅拌/超声分散溶解，得混合溶液，所述的锡基金属盐的加入量为每升所述分散溶液中加入10-50g/L；(3)、再将作为碳包覆/分散剂用的蔗糖或葡萄糖投入上述混合溶液中，通过搅拌/超声分散溶解得混合料液，所述蔗糖或葡萄糖的加入量为每升所述分散溶液中加入0-50g；(4)、将上述分散均匀的混合料液密封进入高温反应釜，加热升温进行溶剂热反应，反应温度为100-300℃，反应时间为30-200min，然后冷却；(5)、冷却后的混合料液进行分离洗涤，干燥后得到的固相产物即为最终产品——原位碳包覆的SnO2量子点与石墨烯的复合材料。所述的石墨烯分散溶液或者氧化石墨烯分散溶液的加入量为每升所述分散溶液中加入1.5-2.5g/L，有利于石墨烯的分散与负载量控制。所述的锡基金属盐为易溶于水的锡盐。所述的易溶于水的锡盐包括氯化锡、乙酸锡或硫酸锡。所述的锡基金属盐的加入量为每升所述分散溶液中加入15-30g/L，有利于控制负载量，降低颗粒团聚。所述的步骤(4)的反应温度为200℃。所述的步骤(4)的反应时间为120min。所述的原位碳包覆的SnO2量子点与石墨烯的复合材料的表面碳包覆层厚度为1-3nm，SnO2量子点尺寸为3-5nm。步骤(5)中所述的分离洗涤为利用离心机进行离心分离，然后对分离出的固相物质用去离子水洗涤2-3次。本专利技术与现有技术相比，采用的制备方法温和、高效，能够在石墨烯表面均匀快速沉积SnO2量子点，得到高容量、长循环的SnO2与石墨烯复合材料；在SnO2表面均匀包覆的超薄碳包覆层，能够有效缓解材料的体积膨胀带来的结构破坏，增加材料使用寿命；制备的材料在锂离子电池中的应用测试，表现出了超高容量，长循环寿命的优点；同时，SnO2在测试过程中表现出了高度的电化学反应可逆性质，证明了SnO2的可逆储锂机制，具有巨大的储能潜力。附图说明图1是石墨烯原料的TEM图。图2是本专利技术中制备的SnO2@C/graphene复合材料的一种放大倍数的TEM图。图3是本专利技术中制备的SnO2@C/graphene复合材料的另一种放大倍数的TEM图。图4是本专利技术中制备的SnO2@C/graphene复合材料循环性能图。图5本专利技术中制备的SnO2@C/graphene复合材料循环伏安曲线。图6本专利技术中对比例制备的SnO2@C复合材料的TEM图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步地描述。实施例1取浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液40ml，加入0.8g的SnCl45H2O，0.75g的蔗糖。将上述材料置于50ml聚四氟乙烯反应釜，搅拌30min，超声30min分散后，密封放入古风干燥箱内进行反应，反应条件为：200℃，120min。反应结束后进行离心分离，并在真空干燥箱内进行干燥处理，得到成品原位碳包覆的SnO2量子点与石墨烯的复合材料，也即SnO2@C/graphene粉末样品，参见图2。本专利技术在如图1所示的石墨烯表面高效、均匀负载了3-5nm的SnO2量子点颗粒，并且SnO2量子点颗粒表面观测到了超薄的碳包覆层，参见图3。所得材料按照活性材料∶乙炔黑∶PVDF＝8∶1∶1的重量比调配浆料，在铜箔上涂布制备成电极，组装成为扣式电池，静置10h后进行电化学性能测试，其中锂片作为对电极，电解液配方为EC∶EMC∶DMC＝1∶1∶1，+1.0％VC。利用Land电池测试系统对组装完成的电池进行测试，测试电压区间0.01-3.0V，测试电流200mAg-1。从测试结果可以看出，参见图4，SnO2@C/graphene具有良好的循环性能，复合材料循环300周后容量保持1080mAh/g，其中SnO2的计算容量贡献达到了1400mAh/g，接近了其完全可逆的容量贡献值。通过循环伏安测试表征，参见图5，可以看出SnO2在循环过程中表现出了高度的电化学可逆性质，表明本专利技术制备SnO2量子点具有可逆储锂能力。对比例：取0.8g的SnCl45H2O，0.75g的蔗糖，40ml去离子水，将上述材料置于50ml聚四氟乙烯反应釜，搅拌30min，超声30min分散后，密封放入古风干燥箱内进行反应，反应条件为：200℃，120min。反应结束后进行离心分离，并在真空干燥箱内进行干燥处理，得到成品SnO2@C粉末样品。从图6可以看出，不添加石墨烯组分的产物SnO2@C也具有良好的超薄碳包覆结构，但是由于缺乏石墨烯基底，颗粒容易团聚，复合材料导电率低，因此其电化学性能发挥较差，50周循环可逆容量仅维持在350-400mAh/g。最后应说明的是：以上仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所述的方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等都应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：(1)、选取浓度为1‑5g/L的分散溶液，利用搅拌/超声实现均值分散；所述的分散溶液为石墨烯分散溶液或者氧化石墨烯；(2)、再加入锡基金属盐，通过搅拌/超声分散溶解，得混合溶液，所述的锡基金属盐的加入量为每升所述分散溶液中加入10‑50g/L；(3)、再将作为碳包覆/分散剂用的蔗糖或葡萄糖投入上述混合溶液中，通过搅拌/超声分散溶解得混合料液，所述蔗糖或葡萄糖的加入量为每升所述分散溶液中加入0‑50g；(4)、将上述分散均匀的混合料液密封进入高温反应釜，加热升温进行溶剂热反应，反应温度为100‑300℃，反应时间为30‑200min，然后冷却；(5)、冷却后的混合料液进行分离洗涤，干燥后得到的固相产物即为最终产品——原位碳包覆的SnO2量子点与石墨烯的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：(1)、选取浓度为1-5g/L的分散溶液，利用搅拌/超声实现均值分散；所述的分散溶液为石墨烯分散溶液或者氧化石墨烯；(2)、再加入锡基金属盐，通过搅拌/超声分散溶解，得混合溶液，所述的锡基金属盐的加入量为每升所述分散溶液中加入10-50g/L；(3)、再将作为碳包覆/分散剂用的蔗糖或葡萄糖投入上述混合溶液中，通过搅拌/超声分散溶解得混合料液，所述蔗糖或葡萄糖的加入量为每升所述分散溶液中加入0-50g；(4)、将上述分散均匀的混合料液密封进入高温反应釜，加热升温进行溶剂热反应，反应温度为100-300℃，反应时间为30-200min，然后冷却；(5)、冷却后的混合料液进行分离洗涤，干燥后得到的固相产物即为最终产品——原位碳包覆的SnO2量子点与石墨烯的复合材料。2.如权利要求1所述的高度可逆SnO2量子点与石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯分散溶液或者氧化石墨烯分散溶液的加入量为每升所述分散溶液中加入1.5-2.5g/L，有利于石墨烯的分散与负载量控制。3.如权利要求1所述的高度可逆SnO2量子点与...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仙斌，张华，李虹，朱丽萍，苗荣荣，席博，李富营，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31