[发明专利]一种三氧化二锑/氧化还原石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了了一种三氧化二锑/氧化还原石墨烯复合材料的制备方法，是以三氧化二锑、氧化石墨烯为原料，先在强还原剂的作用下通过化学还原法合成了前躯体Sb/Sb₂O₃/rGO；再将前驱体Sb/Sb₂O₃/rGO溶于质量百分数10~30%的石墨烯水分散液中进行二次水热复合，得到了三氧化二锑尺寸较小并且分散均匀的Sb₂O₃/rGO纳米复合材料。该纳米复合材料用于锂离子电池负极材料，具有较高的理论比容量和优良可循环性；用于钠离子电池负极材料，具有优良可循环性，且成本低，质量比容量较高，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种三氧化二锑/还原氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法，主要用于锂/钠离子电池负极材料。

背景技术

随着人类对能源需求的增长，可充电电池在新能源储存和利用中发挥日益关键的作用，锂离子/钠离子电池是发展最快最具发展前景的高效化学储能、供能可充电电池，因此广泛应用于电子设备如手机和笔记本电脑中。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。

锑系氧化物具有环境友好，成本低，高的理论容量等特点，其中三氧化二锑理论容量 (1109mAh g^-1) 远高于当前商用的石墨基负极材料，但是，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，也影响了其储锂性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中锂离子电池的负极材料化学储能、化学稳定性较差的问题，提供一种三氧化二锑/还原氧化石墨烯（Sb₂O₃/rGO）复合材料的制备方法，主要用于锂/钠离子电池的负极材料。

一、Sb₂O₃/rGO复合材料的制备

本发明制备纳米三氧二锑/ 还原氧化石墨烯复合材料的方法，是将三氧化二锑溶于醇溶剂中，在100~120℃加热搅拌0.5~1h；待冷却至室温后，加入冷冻干燥的氧化石墨烯，搅拌均匀后加入还原剂进行还原反应；反应结束后抽滤，洗涤并收集产物，研磨，干燥，得到黑色Sb/Sb₂O₃/rGO的前驱体；再将Sb/Sb₂O₃/rGO前驱体溶于质量百分数10~30%的石墨烯水分散液中，在120~140℃水热反应8~12h；反应结束后降温至室温，洗涤并收集产物，研磨，干燥，即得Sb₂O₃/rGO纳米复合材料。

醇溶剂为甲醇、乙醇或乙二醇，优选乙二醇。

还原反应是在室温下搅拌反应1~3h；还原反应中，三氧化二锑与氧化石墨烯的质量比为1:3~1:5。

还原剂为硼氢化钠、KBH₄或水合肼，还原剂的加入量为三氧化二锑和氧化石墨烯总质量1~5倍。还原反应中，部分三氧化二锑被还原为Sb，氧化石墨烯GO被还原为rGO；一次复合所得产物为制备的产物为Sb/Sb₂O₃/rGO。

二次复合中，通过搅拌分散使Sb/Sb₂O₃颗粒均匀分布于rGO片层中；然后在高温高压下进行水热反应，Sb₂O₃首先与乙二醇反应生成乙二醇锑，而生成的乙二醇锑和还原的锑在水和GO的众多含氧官能团的共同作用下被氧化成Sb₂O₃纳米颗粒，所得产物是 Sb₂O₃/rGO。

二、Sb₂O₃/rGO复合材料的结构和性能