用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极制造技术

本发明专利技术公开了一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，采用本负极材料的钠离子电池具有高容量和长循环寿命。用于钠离子电池的复合负极材料，由氧化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的氧化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。本发明专利技术还公开其制备方法，如下：将氟化石墨分散于有机溶剂中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；将含锡的盐溶解于去离子中，再加入表面活性剂，在一定温度下经充分搅拌得到含锡的溶液；将上述两种溶液混合均匀，经溶剂热反应之后，处理得到氧化锡量子点/氟化石墨烯复合负极材料。本发明专利技术的复合负极材料，耗能低，成本小，周期短，有利于规模化生产。

SnO_2 Quantum Dots/Graphene Fluoride Composite Electrode for Sodium Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极
本专利技术涉及储能电池的
，具体涉及一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极。
技术介绍
随着社会、经济的发展，能源消耗日益加重，传统化石能源不断减少，人类对传统化石能源的消费的同时，造成环境污染严重，在此大环境下，清洁、可再生、价格低廉的新型能源成为各国政府开发的对像，目前风能、太阳能及海洋能在能源消耗中的比重在不断增加，但这些可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控特性，需要开发和建设配套的电能储存(储能)装置即电池来保证发电、供电的连续性和稳定性，且大规模的电池储能在电力工业中用于电力的“削峰填谷”，将会大幅度改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。大型储能电池对电极材料的要求有一定的能量密度、寿命、安全性有较高要求外，对成本也提出了更高的要求。铅酸电池虽然成本低，但其原料主要为铅和硫酸，存在易污染环境、使用寿命令短、存在记忆效应，电池重量大也存在运输成本高等诸多问题；锂离子电池虽然具有能量密度大、使用寿命长以及无记忆效应等优点，但锂原料储量有限，锂离子电池成本高，安全性能不佳，从长远来看，不能满足大规模储能的要求。与锂离子电池相比，钠离子电池资源丰富，安全性能好，且具有成本低、对环境友好等优点，非常适合大规模储能应用。在锂离子电池中，一般使用石墨材料，如天然石墨和人造石墨作为负极材料。但是，钠离子由于大的尺寸，一般很难嵌入到石墨的片层中。不同于碳基材料的嵌入/脱嵌机理，某些金属如锑、锡等由于可以和钠进行合金/去合金反应，具有较高的容量，但同时该过程中体积变化较大，导致容量衰减过快。抑制容量快速衰减的方法之一是同碳材料复合，缓冲体积变化，常见的碳材料有石墨、纳米碳管、石墨烯、碳纤维等。另一方面，不同于碳材料，基于合金/去合金机理的金属表面很难形成稳定的表面SEI膜，往往需在电解液中加入成膜剂，以形成稳定的SEI层来提高循环寿命。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，采用本负极材料的钠离子电池具有高容量和长循环寿命。本专利技术所采用的技术如下：一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，由氧化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的氧化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。本专利技术还具有如下技术特征：1、如上配方按重量百分比如下：氧化锡量子点80％～95％，氟化石墨烯5％～20％，该重量百分比可实现容量、电导率、循环寿命的优化平衡。2、如上所述的氟化石墨烯为层状结构，直径为0.2～20μm。3、如上所述的氧化锡量子点直径为2～6nm，相邻的氧化锡量子点之间的间距大于或等于其直径。保证层间具有足够的缓冲空间及提供快速的钠离子的扩散通道，在此尺寸下，有利于钠离子的快速扩散，及氧化锡的反应活性和电极结构的稳定性。本专利技术还公开一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极的制备方法，如下：步骤1、将氟化石墨分散于有机溶剂中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；步骤2、将含锡的盐溶解于去离子中，再加入表面活性剂，在一定温度下经充分搅拌得到含锡的溶液；步骤3、将上述两种溶液混合均匀，经溶剂热反应之后，处理得到氧化锡量子点/氟化石墨烯复合负极材料。本方法还具有如下技术特征：1、如上的步骤1中，所述的有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、N,N二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种。2、如上的步骤1中，所述的单层氟化石墨烯分散液的浓度为0.1～1毫克/毫升。3、如上的步骤2中，所述的含锡的盐包括SnCl2、SnCl4、Na2SnO3的中的一种或其水合物或以上多种混合物，盐的浓度以锡计0.001～0.01mol/L。4、如上的步骤2中，所述的表面活性剂包括NH4Cl、NH4F、NH4Br、(NH4)2SO4、(NH4)HSO4、(NH4)2SO3或(NH4)2HSO3中的一种，表面活性剂和含锡的盐的重量比为1：20-1：5；搅拌温度为20-70℃，搅拌时间为1-5小时。5、如上的步骤3中，含锡的溶液和单层氟化石墨烯分散液的体积比为1:1-10:1，溶剂热反应的温度为150-210℃，反应时间为5-30小时。6、如上的步骤3中后处理包括离心分离、酒精和去离子水清洗及真空干燥。本专利技术具有如下优点及有益效果：本专利技术的复合负极材料，耗能低，成本小，周期短，有利于规模化生产。复合负极材料呈现层状结构，由氧化锡量子点夹层于氟化石墨烯层间形成；氟化石墨烯同时起到缓冲、成膜和保护作用。由于氧化锡量子点夹层于氟化石墨烯片层之间，层间的空隙可起到缓冲作用，另外，氟化石墨烯高的机械强度也有利于提高电极整体的稳定性，经过充放电活化后，原位形成的LiF作为SEI保护层包覆于锡量子表面，抑制其和电解液的反应，同时，原位形成的石墨烯(脱氟的氟化石墨烯)又可提供导电作用。附图说明图1为实施例1制备的复合负极材料的X射线衍射(XRD)图谱；图2为实施例1制备的复合负极材料的透射电镜(TEM)照片；图3为以实施例1制备的复合负极材料的循环寿命。具体实施方式下面举例对本专利技术做进一步的说明：实施例1将5毫克商业氟化石墨分散于20毫升N-甲基吡咯烷酮中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；将221毫克SnCl4·5H2O和20毫克NH4Cl溶于100毫升去离子水中，并充分搅拌；将上述两种溶液在60℃下搅拌2小时，然后转移至反应釜中，在180℃下反应24小时；再经离心分离、洗涤和真空干燥得到氧化锡量子点/氟化石墨烯复合负极材料，其中氧化锡的重量百分含量为95％。所得产物经XRD分析，为SnO2，氟化石墨烯因含量低并完全剥离，没有显示，见图1。产物经结构分析，为层状结构，尺寸为0.2～10μm，其中氧化锡量子点颗粒尺寸为4～6nm，均匀分散于氟化石墨烯片层上(见图2)。以本实施例制备的复合负极材料作为工作电极，以金属钠为对电极，玻纤膜为隔膜，NaPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)溶液为电解液，电流密度为100mA/g，起始容量为432mAh/g，进行充放电测试，经40次循环，容量保持率为94％，见图3。对比例1材料的制备参照实施例1，不同之处是合成过程中不加氟化石墨烯，即制备单纯的氧化锡量子点。相对于实施例1，所得产物的循环性能较差，经过40次循环，容量保持率仅为72％。对比例2材料的制备参照实施例1，不同之处是合成过程中不加表面活性剂。所得产物没有形成层状结构，即氟化石墨烯和氧化锡颗粒均呈现局部团聚现象，并且氧化锡的颗粒大于10纳米。相对于实施例1，所得产物的循环性能较差，经过40次循环，容量保持率仅为78％。对比例3材料的制备参照实施例1，不同之处是合成过程中加的NH4Cl重量为6毫克。所得产物虽然也形成层状结构，但氧化锡颗粒在氟化石墨烯上呈现局部团聚现象，并且颗粒尺寸分布不均匀。相对于实施例1，所得产物的循环性能较差，经过40次循环，容量保持率仅为81％。对比例4材料的制备参照实施例1，不同之处是合成过程中反应温度是220℃。所得产物虽然也形成层状结构，但氧化锡颗粒在氟化石墨烯上呈现局部团聚现象，并且颗粒尺寸分布不均匀。相对于实施例1，所得产物的循环性能较差，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，其特征在于：由氧化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的氧化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。

【技术特征摘要】
1.一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，其特征在于：由氧化锡量子点和多层层状结构的氟化石墨烯组成，所述的氧化锡量子点均匀分散夹于多层层状结构的氟化石墨烯之间。2.根据权利要求2所述的一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，其特征在于，其配方按重量百分比如下：氧化锡量子点80％～95％，氟化石墨烯5％～20％。3.根据权利要求2所述的一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，其特征在于：所述的氟化石墨烯直径为0.2～20μm。4.根据权利要求2所述的一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极，其特征在于：所述的氧化锡量子点直径为2～6nm，相邻的氧化锡量子点之间的间距大于或等于其直径。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于钠离子电池的氧化锡量子点/氟化石墨烯复合电极的制备方法，其特征在于，方法如下：步骤1、将氟化石墨分散于有机溶剂中，经超声波处理得到单层氟化石墨烯分散液；步骤2、将含锡的盐溶解于去离子中，再加入表面活性剂，在一定温度下经充分搅拌得到含锡的溶液；步骤3、将单层氟化石墨烯分散液和含锡的溶液混合均匀，经溶剂热反应之...

【专利技术属性】
技术研发人员：石坚，
申请(专利权)人：上海汉行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31