[发明专利]锂电池碳/锡酸锂/石墨烯复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池技术领域的负极材料的制备方法，具体涉及一种锂电池碳/锡酸锂/石墨烯复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是近年来应用和开发前景最好的电源之一。改善和提高锂离子电池的电化学性能的关键是寻求合适的电极材料，使电池具有足够高的储锂量和很好的锂脱嵌可逆性，以保证电池大容量、高电压和长循环寿命的要求。

目前，国内外对于碳基负极材料的制备及研究报道较多，大多数已商品化的负极材料也以碳基材料为主，但石墨材料的理论容量仅为372mAh/g，存在着比容量低，首次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足，人们致力于开发新型的高比容量非碳基负极材料，锡基材料以其特有的高比容量日益受到人们的关注。文献《Journal of Alloys and Compounds》，415,1-2(2006)pp.229-233公开了一种锡酸锂（Li₂SnO₃）材料的制备方法。该文献采用溶胶凝胶法制备Li₂SnO₃粉末，其以SnCl₄·5H₂O为前驱体，以柠檬酸为络合剂，合成Li₂SnO₃粉末。先将SnCl₄·5H₂O溶解在乙二醇溶液中，搅拌后加入柠檬酸，待溶液澄清后加入Li₂CO₃搅拌至透明制得溶胶；再将制得的溶胶放入干燥箱中干燥，以使溶胶结晶；然后将蒸干溶剂的干凝胶放在电热炉上，加热使其燃烧直至完全；再将得到的干凝胶在马弗炉中于温度400℃预烧5h；最后把得到的上述物质经研磨后在马弗炉于700℃烧结5h得到产物。经过恒电流充放电实验测试。其首次放电容量可达到1080mAh/g，充电容量423mAh/g，首次不可逆容量657mAhg^-1，首次库伦效率仅为39.1%，经过50次循环后容量保持380mAh/g(在电流密度60mA g^-1,电压范围0~1.0V)。但是，文献所述方法制备纯相Li₂SnO₃具有如下缺点：采用溶胶凝胶法制备比较繁琐，步骤较多，并且Li₂SnO₃电极的首次不可逆容量较大。这是由于锡在充放电循环过程中，体积发生了膨胀和收缩，引起晶粒破碎，结构崩塌，导致电极的破坏，减少了电极的循环寿命，并且其在脱插锂反应时容易“团聚”，致使初始不可逆容量增大，最终导致容量减小。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种锂电池碳/锡酸锂/石墨烯复合负极材料及其制备方法，

技术方案

一种锂离子电池负极材料碳/锡酸锂/石墨烯复合材料，其特征在于组份为：体积比为0.85:1的A溶液与B溶液，0.1～0.4mol/L的石墨烯悬浊液；所述A溶液为SnC1₄·5H₂O、LiOH和去离子水按摩尔比1:6:1.67混合；所述B溶液为表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:98:35混合。

一种制备所述锂离子电池负极材料碳/锡酸锂/石墨烯复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将SnC1₄·5H₂O、LiOH和去离子水按摩尔比1:6:1.67混合，得到A溶液；将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:98:35混合，得到B溶液；

步骤2：在磁力搅拌下，将A溶液缓滴加到B溶液中，使之溶解后得到混合溶液；

步骤3：在混合溶液中，加入0.1～0.4mol/L的石墨烯悬浊液，继续搅拌，直至混合均匀，得到含石墨烯的混合溶液；

步骤4：将含石墨烯的混合溶液在170～180℃下保温18～48h，得到石墨烯/Li₂SnO₃前驱体；

步骤5：采用去离子水和无水乙醇离心洗涤石墨烯/Li₂SnO₃前驱体，置于55～60℃烘箱中，得到湿的石墨烯/Li₂SnO₃前驱体；