本发明专利技术涉及一种用于锂离子电池的微纳石墨烯修饰的锡碳/Ti2O-B一维壳核结构材料及其制备方法。这种是由微纳结构的石墨烯片修饰的锡碳/Ti2O-B一维壳核结构材料，由内向外分别是由支撑体（1）、连接层（2）、充放电结构层（3）、保护层（4）构成的纳米线结构。本发明专利技术采用特殊的“剪切”工艺制备尺寸小于100纳米的高分散性微纳石墨烯片。通过多次葡萄糖水热及还原气氛热处理工艺实现材料的层层包覆，最终制备出一种基于微纳石墨烯片修饰的锡碳/Ti2O-B一维壳核结构复合纳米材料具有较高电化学性能，较低的不可逆容量，经过上百次充放电循环后，仍具有较高的充放电容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属 于锂离子电池负极材料制备领域，更具体涉及一种用于锂离子电池的微纳石墨烯修饰的锡碳/ Ti2O-B 一维壳核结构材料及其制备方法。
技术介绍
自从上世纪90年代锂离子电池问世以来，它作为第三代可充电电池已展现出比能量大、循环性能好、工作电压高、寿命长和污染小等优异性能而倍受关注，并广泛应用于各种轻型便携设备中，在二次电池中具有举足轻重的地位。然而，近年来，伴随着电动车的出现，对大功率、高容量二次电池需求加剧，传统锂离子电池已不能满足大型动力电池的要求，因此探索新型高性能锂离子电池电极材料已成为开发高性能锂离子电池研究的热点之ο为了满足市场对于二次电池高能量密度的需求，国内外相关专家和学者都在不断努力探索新型电极材料或新结构电极材料。自从1997年Idota等人报道了一种称之为锡基复合氧化物(TCO)性能优异的锂离子电池负极材料以来，锡基材料引起了国内外电化学工作者极大的兴趣。然而，对于包括SnO2* Sn在内的多数锡基材料存在多方面问题亟待解决，如循环稳定性差、初次不可逆容量过大、工艺灵活性差和重复困难等缺陷。德国 Maier课题组采用双针头同轴静电纺丝技术并辅以其H2/Ar下热处理制作出了碳管封套 SniCarbon纳米颗粒的一维结构，获得了较高可逆存储容量，并有效减小初次不可逆容量， 但是，由于他们工艺本身限制，无法对电极材料成份进行有效调控。此外，新加坡Lou课题组采用水热法制备出了具有较高一致性的SnO2OCarbon core/shell结构纳米球，有效改善了 SnO2的充放电循环性能，但对于如何人为设计其成份和结构、优化或提高电极材料中锂离子和电子传输性能，并有效发挥纳米复合材料中各成份在锂嵌脱过程中的协同作用以实现包覆或掺杂后整体性能提高等方面都有待进一步研究。在国内，也有多家单位在锂离子电池电极材料领域做了系统深入的研究工作，例如他们通过碳或其它物质分散或包覆方式明显改善了锡基材料的电化学性能。然而，要进一步提高锡基材料的电化学性能，必须做到实现对锡基材料的结构及成份的设计和优化，这将要求做到(1)要求找到能将锡基材料有效分散开来的材料，一般采用碳；(2)要提高锂离子及电子在锡基复合材料中的传输能力；(3)工艺灵活多样，可有效设计、调节锡基复合电极材料的成份和结构，且不存在工艺不兼容的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足和缺陷，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的微纳石墨烯修饰的锡碳/ Ti2O-B—维壳核结构材料及其制备方法。该方法可以充分利用锡材料在锂离子电池方面的优良特性，制备以锡纳米颗粒为主要充放电材料的锂离子电池负极材料；克服锡纳米颗粒在充放电过程中形变破裂甚至脱离而导致的电极材料导电性差的弊端；制备一种具有较高锂存储容量、循环稳定性和较低的不可逆容量的一维壳核结构材料。本专利技术是通过如下技术手段实施的一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，是由微纳结构的石墨烯片修饰的锡碳/ Ti2O-B 一维壳核结构材料，该一维壳核结构由内向外分别是由支撑体(1 )、连接层(2)、充放电结构层(3)、保护层(4)构成的纳米线结构。所述支撑体(1)为H2Ti3O7纳米线或纳米管，所述连接层(2)成分为高分散性微纳结构的石墨烯片一富碳多糖膜。所述充放电结构层(3)为富碳多糖膜中嵌入高分散性微纳结构的石墨烯片和SnO2 纳米颗粒的结构，所述保护层(4)成分为高分散性微纳结构的石墨烯片一富碳多糖膜。所述高分散性微纳结构的的石墨烯片的尺寸小于lOOnm。所述制备方法包括如下步骤1)采用改进的Hummer工艺，结合球磨、超声、离心分离及微孔真空抽滤工艺，制备高分散性微纳结构的石墨烯片；2)采用强碱水热法制备H2Ti3O7纳米线或纳米管；3)将步骤1)得到的高分散性微纳结构的石墨烯片和步骤2)得到的H2Ti3O7纳米线或纳米管，通过葡萄糖水热法在支撑体(1)上包覆连接层(2)，形成单层壳核结构材料；4)将步骤3)得到的单层壳核结构材料与K2SnO3,高分散性微纳结构的石墨烯片混合， 采用葡萄糖水热法在步骤3)得到的单层壳核结构上包覆充放电结构层(3)，得到双层壳核结构材料；5)将步骤4)得到的双层壳核结构材料与高分散性微纳结构的石墨烯片混合，再用葡萄糖水热法制备包覆保护层(4)，得到三层壳核结构材料；6)将步骤5)得到的三层壳核结构材料置于5%H2/Ar石英管式炉中，在500-700°C温度下热处理2-3小时，实现富碳多糖碳化、SnO2 — Sn还原及H2Ti3O7 — TiO2-B相转变，随后， 在还原气氛下随炉温冷即可得到用于锂离子电池的一维壳核结构材料。本专利技术的优点为本专利技术制备的锂离子负极材料是一种碳包锡的一维纳米结构， 它能将锡基材料有效分散开来，同时保证良好的导电性和物理性能，并且其连接层(2)、充放电结构层(3)、保护层(4)都含有高分散性的微纳结的石墨烯片，增强了导电效果并增加锂存储容量，能提高锂离子及电子在锡基复合材料中的传输能力；具有较高电化学性能，较低的不可逆容量，经过上百次充放电循环后，仍具有较高的充放电容量。另外，本专利技术工艺简便、操作方便、易于调节，是制备良好锂离子电池负极材料的有效方法。附图说明图1为微纳石墨烯修饰的锡碳/ Ti2O-B 一维壳核结构材料的结构图，其中(1)为支撑体、(2)为连接层、(3)为充放电结构层、(4)为保护层。图2为制备高分散性能微纳石墨烯片的流程图，其中1为球磨后的石墨片，2为氧化后的石墨氧化物，3为经还原后的石墨烯片，4为球磨、超声、离心分离后的各种尺寸的石墨烯片，5为水热改性后的高分散性石墨烯片，6为经离心分散、上层溶液抽滤、干燥后的高分散性微纳石墨烯片。图3为一种微纳石墨烯修饰的锡碳/ Ti2O-B 一维壳核结构材料的制备流程图，其中7为H2Ti3O7纳米线或纳米管；8为在支撑体(1)上包覆连接层(2)后形成的单层壳核结构材料；9为单层壳核结构上包覆充放电结构层(3)后得到的到双层壳核结构材料；10为双层壳核结构包覆保护层(4)后得到三次壳核结构材料；11是三层壳核结构材料经高温处理后得到的用于锂离子电池的一维壳核结构材料。图4为本专利技术制备的高分散性微纳结构的石墨烯片的SEM图像。 具体实施例方式下面对微纳石墨烯修饰的锡碳/ Ti2O-B 一维壳核结构材料进行详细说明 一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料的制备方法的具体步骤为步骤1)的具体方法为先将石墨在还原气氛保护下进行高能球磨2-3小时，随后采用氧化还原法制备石墨烯片，将得到的石墨烯片依次进行高能球磨3-4小时、超声分散30-60 分钟、离心分离；以质量分数为0. 4%-0. 5%聚苯乙烯磺酸钠溶液对已氧化的石墨烯片进行 150-180°C水热改性，再用8000-12000rpm转速离心分离20-30分钟，对上层液体使用孔径 SO-IOOnm的AAO作为微孔滤膜进行真空抽滤，抽滤溶液在80-100°C真空干燥箱中蒸干得到高分散性微纳结构的石墨烯片。步骤2)的具体方法为直接将5g 二氧化钛在IOOmL 15M NaOH溶液中水热即可得到H2Ti3O7纳米线，或采用浓度为IOM NaOH溶液得到H2Ti3O7纳米管。步骤3)的具体方法为将2-5g高分散性微纳结构的石墨烯片、l_本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种用于锂离子电池的一维壳核结构材料，是由微纳结构的石墨烯片修饰的锡碳／ Ｔｉ２Ｏ－Ｂ一维壳核结构材料，其特征在于：该一维壳核结构由内向外分别是由支撑体（１）、连接层（２）、充放电结构层（３）、保护层（４）构成的纳米线结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨尊先，郭太良，李松，李福山，徐胜，张永爱，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。