[发明专利]一种锂离子电池用石墨烯-锑复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池用石墨烯-锑复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的化学电源，因其输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、安全、无记忆效应和环境友好已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点。

目前商品化的锂离子电池的负极材料是石墨以及其它形式的碳材料。由于石墨的理论容量只有372mAh·g^-1，而且嵌锂电位较低，限制了其使用范围。与石墨等碳材料相比，某些锑基合金具有较理想的嵌锂电位和较高的质量比及体积比容量，应用前景十分广阔。

目前这些锑基合金一般采用固相烧结法制备，该方法设备昂贵、工艺复杂、对原材料要求高，使得制备成本大大提高。另外，由于锑基合金在充放电过程中体积变化较大，再加上固相法制备的材料颗粒尺寸较大且分布不均匀，所以所得锑基合金材料的电化学稳定性较差。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种锂离子电池用石墨烯-锑复合材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有良好的导电性能和高倍率充放电性能。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用石墨烯-锑复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备纳米石墨烯溶液

在0±3℃条件下，将纯化的石墨材料分散到浓硫酸中，加入KMnO₄，其中所述石墨材料、浓硫酸和KMnO₄的质量比是(1-3)∶(10-15)∶(3-12)，搅拌时间为20-40分钟，温度上升至40-45℃，加入搅拌后混合物体积的3-5倍去离子水，继续搅拌20-30分钟，经过离心分离，用质量浓度5%HCl水溶液、去离子水和丙酮洗涤后得到石墨纳米材料，将石墨纳米材料超声分散在去离子水中，充分搅拌，得到石墨烯的含量为20-30 mmol/L的石墨烯溶液；

步骤2，制备含锑前躯体溶液

按Sb∶Ni∶Co原子比1∶(0.3-0.5)∶(0.2-0.3)的比例提供Sb源、Ni源和Co源，混合于无水乙二醇中，制得以Sb计浓度为0.10-0.15mol/L的含锑前躯体溶液；

步骤3，制备石墨烯-锑复合材料

在石墨烯溶液中加入上述含锑前躯体溶液含锑前躯体溶液，形成混合溶液，其中石墨烯溶液和含锑前躯体溶液的体积比为1∶(1-2)，在溶液中加入KBH₄，其中KBH₄与混合溶液中的Sb的摩尔比为1∶(1-2)，密封条件下加热至200-300℃，并反应10-20小时，反应完后自然冷却至室温，收集粉末状反应产物，依次用去离子水、无水乙醇清洗，干燥，得到复合材料粉末。

其中，步骤3中所述干燥优选为真空干燥，真空干燥条件优选为在100-120℃下真空干燥8-10小时。

其中，所述Sb源优选为SbCl₃。

其中，所述Ni源优选为NiSO₄。

其中，所述Co源优选为CoSO₄。

本发明还提供了一种上述任意方法制备的锂离子电池用石墨烯-锑复合材料。

本发明制备的锂离子电池用石墨烯-锑复合材料，采用特定工艺处理后的石墨烯，将锑、镍和钴等元素均匀的分布在石墨烯中，使得该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的能量密度和循环稳定性，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

制备纳米石墨烯溶液

在0℃冰浴下，将纯化的石墨材料分散到浓硫酸中，搅拌下加入KMnO₄，其中所述石墨材料、浓硫酸和KMnO₄的质量比是1∶10∶3，搅拌时间为20分钟，温度上升至40℃左右，加入搅拌后混合物体积的3倍去离子水，继续搅拌20分钟，经过离心分离，用质量浓度5%HCl水溶液、去离子水和丙酮反复洗涤后得到石墨纳米材料，将石墨纳米材料超声分散在去离子水中，充分搅拌，得到石墨烯的含量为20 mmol/L的石墨烯溶液。

制备含锑前躯体溶液

将分析纯SbCl₃、NiSO₄和CoSO₄按Sb∶Ni∶Co原子比1∶0.3∶0.2的比例配料后混合于无水乙二醇中，制得以Sb计浓度为0.10mol/L的含锑前躯体溶液。