[发明专利]一种高容量锂离子电池二氧化锡/掺氮石墨烯复合负极材料的制备方法

说明书

本发明属于电池材料制备领域，公开了一种高容量锂离子电池二氧化锡/掺氮石墨烯复合负极材料的制备方法，采用改进过的Hummer法制备氧化石墨烯溶液，然后对一定浓度的氧化石墨烯和含氮源的溶液在一定条件下进行水热反应即可获得一定形状的三维掺氮石墨烯海绵，将这种三维掺氮石墨烯海绵浸泡在二氧化锡反应的前驱体溶液中，再次进行水热反应，最后在惰性气氛中一定温度下煅烧处理，既可得到负载有二氧化锡的三维掺氮石墨烯复合材料。本发明制备的复合材料具有极好的倍率性和优秀的循化性能，并且具有相当高的比容量，提高电子和锂离子的传输效率，构建更多的电子和离子传输通道，提高二氧化锡负极材料的比容量和循环性能等电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料制备技术领域，尤其涉及一种高容量锂离子电池二氧化锡/掺氮石墨烯复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因为具有高能量密度，低成本，无记忆等特点，被广泛应用于各个领域。影响锂离子电池能量密度和循环性能的主要因素是其电极材料的性能，目前主要商业化的正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元正极材料等，根据电池的能量密度、使用环境、性能要求等各有不同。但是，目前主要商业化的负极材料是石墨材料，石墨负极材料的能量密度只有372mAh/g，且再电流密度的情况下，循环性能不好。严重制约了当今对高能量密度和高电流密度的要求，因此开发一种新型的负极材料迫在眉睫。在过去的十年里，金属氧化物(如：Mn₃O₄，SnO₂，Fe₂O₃，Co₃O₄等)，因为具有较高的理论比容量(500-1200mAh/g)，并且储量丰富，价格低廉，引起广大研究者的研发兴趣。

在金属氧化物负极材料中，SnO₂因为具有高理论能量密度(782mAh/g)具有较低的锂合金形成电势(～0.5V vs.Li⁺/Li)，在充放电过程中具有更高的安全性能，被广泛研究。但是，SnO₂作为负极材料也存在一些不足之处：如导电性差、充放电过程中体积膨胀大，易造成粉化等，影响了SnO₂高能量密度和倍率性能的发挥。目前常见的改善方法是碳包覆，这是一种最简易的商业化工艺技术。常用的碳材料有：无定型碳、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。其中，石墨烯是室温下导电最好的材料，电阻率只有10^-6Ω/m，且比表面积大，有利于电子的传输和锂离子的脱嵌，氮源的掺杂可以使得石墨烯拥有更加富足的多电子，有利于电子的传输，从而改善SnO₂负极材料的电化学性能。

有中国发明专利CN.107316999A提出《一种基于石墨烯复合的三维自组装锂离子电极材料及其制备方法》，先采用氧化石墨烯溶液制备三维石墨烯凝胶，然后再进一步进行煅烧处理，最后将其锡盐溶液混合之后清洗干净即可。这种制备方法，工艺复杂，而且将三维石墨烯凝胶先煅烧处理之后，石墨烯凝胶损失了大量的含氧官能团，之后负载二氧化锡，会造成负载率低，结合力差的问题出现。也有中国发明专利CN.102244250B提出《石墨烯宏观体/氧化锡复合锂离子电池负极材料及其工艺》，其发明者提出了一种以三维多孔石墨烯为模板，将其浸泡再一定浓度的锡盐溶液中，然后将其干燥处理之后惰性气体中煅烧处理，既可以获得生长有纳米棒状二氧化锡的三维石墨烯复合材料，这种发明专利利用三维石墨烯的吸附性，负载量有限，且为了获得高比重的锡源吸附量，浸泡时间长，锡源浓度高，制备周期长，浪费率高。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的制备方法工艺复杂，石墨烯凝胶损失了大量的含氧官能团，之后负载二氧化锡，会造成负载率低，结合力差的问题出现；负载量有限，浸泡时间长，锡源浓度高，制备周期长，浪费率高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高容量锂离子电池二氧化锡/掺氮石墨烯复合负极材料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种高容量锂离子电池二氧化锡/掺氮石墨烯复合负极材料的制备方法包括以下步骤：