[发明专利]石墨烯包覆P@SnO2核壳量子点电极材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

如今，出于对环境保护的考虑，国家正在大力发展纯电动汽车和混合动力汽车。而这些电动汽车的发展对动力锂离子电池提出了新的要求，该电池需要具备容量高、功率高、循环寿命长及低成本的特点。传统碳基负极材料石墨的容量较低(理论容量为372mA h g^-1)。而，而SnO₂作为锂离子电池的负极材料比目前所使用的石墨具有着更高的理论容量，作为锂离子电池负极材料是非常具有潜力的。然而SnO₂由于锂离子电导率不高，在充放电过程中会有体积膨胀使结导致破坏结果使循环性能比较差限制了它的应用。

近年来，包覆方法因具有一系列优异特性而在电化学及能源领域得到了越来越多的关注。包覆可以分为聚合物/无机物的核—壳结构纳米材料、碳/无机物核—壳结构的纳米材料等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料及其制备方法，其具有较高离子/电子输运能力，降低了扩散路径，有效改善电极材料的循环稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料，其为无定型P包覆SnO₂量子点成为核壳结构，且核壳结构均匀分布在石墨烯上面，所述的核壳结构的大小为2-10nm；其为以下制备方法所得产物，包括有以下步骤：

1)通过Hummer法制备石墨烯；

2)将无水氯化亚锡加入到乙醇胺中搅拌溶解，得到溶液；然后依次加入红磷和石墨烯，超声混合得到黑色溶液；

3)将黑色溶液转入到反应釜在烘箱水热反应，冷却用酒精洗涤，烘干后最终得到的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料。

按上述方案，步骤2)所述的无水氯化亚锡用量为0.1-1g，所述的红磷用量为0.01-0.5g，所述的石墨烯浓度为2mg/mL，用量为1-10mL。

按上述方案，步骤2)所述超声的时间为0.5-3h。

按上述方案，步骤3)水热反应的温度为150-210℃，水热反应的时间为6-40h。

所述的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1)通过Hummer法制备石墨烯；

2)将无水氯化亚锡加入到乙醇胺中搅拌溶解，得到溶液；然后依次加入红磷和石墨烯，超声混合得到黑色溶液；

3)将黑色溶液转入到反应釜在烘箱水热反应，冷却用酒精洗涤，烘干后最终得到的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料。

所述的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料作为锂离子电池负极活性材料的应用。

本发明的有益效果：

本发明采用水热的方法将P包覆在SnO₂量子点的表面，这样可以起到缓冲层的作用，使SnO₂在充放电过程中保护其结构不受破坏，同时P与石墨烯的碳键结合进一步保证结构的稳定性，同时地提高了材料的离子/电子输运能力，降低其扩散路径，有效改善电极材料的循环稳定性；本发明主要是通过水热法制备石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点负极材料，其作为锂离子电池负极活性材料时，表现出放电容量高、功率高、循环稳定性好的特点；本发明可行性强，易于放大化，符合绿色化学的特点，利于市场化推广。

附图说明

图1为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的TEM图；

图2为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的XRD图；

图3为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的Raman图；

图4为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的红外图；

图5为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的电池倍率图；

图6为本发明实施例1的石墨烯包覆P@SnO₂核壳量子点电极材料的电池循环性能图。

具体实施方式