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CN111180707B - 二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料及制备方法 - Google Patents

二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料及制备方法 Download PDF

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CN111180707B CN202010038535.3A CN202010038535A CN111180707B CN 111180707 B CN111180707 B CN 111180707B CN 202010038535 A CN202010038535 A CN 202010038535A CN 111180707 B CN111180707 B CN 111180707B
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Abstract

二硒化锡/氧化锡‑rGO纳米复合负极材料及制备方法,所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料。所述制备方法包括以下步骤:(1)将锡源醇溶液滴入氧化石墨烯水溶液中,混合均匀,离心,沉淀经洗涤,冷冻干燥;(2)加入无水醇溶液中,搅拌均匀后,超声分散,再加入硒源和还原剂,搅拌均匀后,置于密闭反应釜中,进行溶剂热反应,随炉冷却至室温,离心,沉淀经洗涤,干燥;(3)在惰性气氛中,进行热处理,即成。本发明复合负极材料所组装的电池比容量高,循环性能好,倍率性能优异,结构稳定。本发明方法原材料绿色环保、成本低,工艺简单,周期短,适宜于工业化生产。

Description

二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合负极材料及制备方法,具体涉及一种二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料及制备方法。
背景技术
现今,随着社会的的迅速发展,人类所面临的环境和能源问题日益突出。传统化石燃料污染严重且面临枯竭,开发绿色可持续能源愈发引人注目。然而,诸如太阳能、水能、风能等可再生清洁能源严重受气候和地域的限制,存在供给连续性差、不稳定的问题,不利于高效利用。相匹配的能量存储装置便成为高效利用清洁能源的关键,而锂离子电池作为一种可充放电的二次电池,因其一系列的优点是当下最重要的绿色能源之一。
锂离子电池虽然已经大规模商业运用于便携式设备,但是,负极材料作为可以直接决定电池性能的重要组成部分,仍然面临一些挑战。传统石墨负极理论嵌锂容量低(372mAh·g-1),倍率放电性能差。因高可逆容量倍受关注的锡基负极材料,由于本征电导率低,充放电过程中较大的体积变化,阻碍了它的进一步发展。
Kai Chen等采用两步水热法并高温固相硒化合成了SnSe/SnO2@Gr复合材料,该复合材料的形貌为SnSe/SnO2纳米球均匀分散在氧化石墨烯纳米片上,其作为锂离子电池负极材料,在200mA·g-1的电流密度下,循环200圈后,容量保持在810 mAh·g-1(CHEN K,WANGX, et al. A new generation of high performance anode materials withsemiconductor heterojunction structure of SnSe/SnO2@Gr in lithium-ionbatteries [J].Chemical Engineering Journal, 2018, 347,552-562.)。但是,该方法的制备工艺太繁琐,且电化学倍率性能不高(3200mA·g-1电流密度下,放电比容量仅为225.3mAh/g)。
CN106784678A 公开了一种溶剂热法制备花状SnSe2-rGO的方法,是用酒精为溶剂分散氧化石墨烯,水合肼和油胺为辅助溶剂控制形貌。虽然该方法工艺简单,但是,对材料导电性的提升,以及充放电过程中的体积膨胀的缓解效果有限,电化学性能欠佳,且水合肼毒性剧烈,对人体危害大。
CN106058213A公开了一种二硒化锡/聚乙烯亚胺复合材料及其制备方法和应用,是用硼氢化钠进行制备。虽然该方法工艺简单,但是,单一材料没有复相材料协同优势,对材料导电性的提升以及充放电过程中体积膨胀的缓解效果有限,电化学性能欠佳,且硼氢化钠毒性剧烈,对人体危害大。
CN105304878A公开了一种纳米二硒化锡/石墨烯复合材料,是将二硒化锡颗粒生长于石墨烯片层间。但是,该复合材料大倍率充放电性能优势不明显,5A/g下的放电比容量低于200 mAh/g。
CN106450207A公开了一种锡化硒/氧化锡复合材料,是一种单纯过渡金属硫族化合物的复合材料,其导电性改善有限,限制了大倍率性能的提升。
CN107706404A公开了一种硒包覆二氧化锡/石墨烯纳米复合材料,但是,该复合材料是采用高温固相法进行硒包覆制备,因此无法得到均匀致密的包覆层,使得该复合材料应用于钠电负极材料时,电化学性能欠佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种所组装的电池比容量高,循环性能好,倍率性能优异,结构稳定的二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
本发明进一步要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种原材料绿色环保、成本低,工艺简单,周期短,适宜于工业化生产的二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,还原氧化石墨烯片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料。本发明复合负极材料由SnSe2与SnO2这两种功函数不同的锡化物耦合构建成半导体异质结构,通过相界面上巨大的内置电场,可加速电荷转移,从而提升反应动力学,再与还原氧化石墨烯复合后,可进一步提高材料的电子导电性,并保证结构的稳定性,以限制体积膨胀。
优选地,所述二硒化锡、氧化锡与还原氧化石墨烯的质量比为3~10:1~4:1。若相对于氧化石墨烯含量过高,则难以充分发挥石墨烯优良的导电性与结构稳定性的优势;若含量过低,则会降低目标材料的比容量。
优选地,所述片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料的长宽尺寸为200~1200nm,厚度为10~100nm。纳米尺寸的设计有助于增加比表面积,缓解体积膨胀所带来的应力。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下:二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将锡源醇溶液滴入氧化石墨烯水溶液中,混合均匀,离心,沉淀经洗涤,冷冻干燥,得中间体粉末;
(2)将步骤(1)所得中间体粉末加入无水醇溶液中,搅拌均匀后,超声分散,再加入硒源和还原剂,搅拌均匀后,置于密闭反应釜中,进行溶剂热反应,随炉冷却至室温,离心,沉淀经洗涤,干燥,得前驱体;
(3)将步骤(2)所得前驱体在惰性气氛中,进行热处理,得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
优选地,步骤(1)中,所述锡源醇溶液与氧化石墨烯水溶液的体积比为0.3~1.0:1。所述比例有助于锡离子均匀分散于氧化石墨烯水溶液中。
优选地,步骤(1)中,所述锡源醇溶液的质量浓度为1.5~3.1mg/mL。低浓度的醇溶液对后续均匀分散于氧化石墨烯水溶液中更有益。
优选地,步骤(1)中,所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为0.2~2.0mg/mL(更优选0.3~1.3mg/mL)。所述浓度有助于氧化石墨烯分散均匀。
优选地,步骤(1)中,所述滴入的速度为5~20mL/min(更优选8~12mL/min)。该滴入速度有助于二者的均匀混合。
优选地,步骤(1)中,所述锡源为氯化锡、氯化亚锡或碘化亚锡等中的一种或几种。
优选地,步骤(1)中,所述醇溶液为甲醇、乙醇或乙二醇等中的一种或几种。
优选地,步骤(1)中,所述氧化石墨烯水溶液的制备方法为:将氧化石墨烯加入水中,搅拌,然后进行超声分散,即成。
优选地,所述氧化石墨烯与水的质量体积比(mg/mL)为0.2~2.0:1(更优选0.3~1.3:1)。
优选地,所述搅拌的时间为20~40min。
优选地,所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h。
优选地,步骤(1)中,所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次。
优选地,步骤(1)中,所述冷冻干燥的温度为-40~-50℃,时间为24~72h(更优选36~60h)。冷冻干燥可避免材料的热团聚,形成疏松结构,所述参数下有助于材料的完全干燥。
步骤(1)中,将锡源和氧化石墨烯制备成中间体粉末后,锡离子的正价键可与氧化石墨烯表面负键键合,在后续过程中使目标材料原位形成于氧化石墨烯上,与石墨烯结合得更加稳定。
优选地,步骤(2)中,所述中间体粉末与无水醇溶液的质量体积比(g/mL)为1:200~600。
优选地,步骤(2)中,所述搅拌的时间均为20~40min。
优选地,步骤(2)中,所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h。
优选地,步骤(2)中,所述无水醇溶液为无水乙醇、乙二醇或甲醇等中的一种或几种。
优选地,步骤(2)中,所述硒源和还原剂与步骤(1)所述氧化石墨烯的质量比为1~4:100~200:1。
优选地,步骤(2)中,所述硒源为单质硒、二氧化硒或硒酸钠等中的一种或几种。
优选地,步骤(2)中,所述还原剂为油酸、油胺、乙二胺、水合肼或硼氢化钠等中的一种或几种。使用还原剂可促进硒还原,形成硒化锡。
优选地,步骤(2)中,所述溶剂热反应的温度为120~200℃,时间为8~24h。在溶剂热过程的还原气氛中,金属锡离子被氧化,非金属硒被还原,形成硒化锡。
优选地,步骤(2)中,所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次。
优选地,步骤(2)中,所述干燥的温度为50~80℃,时间为12~48h。所述干燥优选鼓风干燥。
优选地,步骤(3)中,所述热处理的温度为300~500℃(更优选350~450℃),时间为0.5~2.0h。在热处理过程中,氧化石墨烯被进一步还原为还原氧化石墨烯,电子导电性提高,利于电子传输,且二硒化锡-氧化锡结晶程度提高,利于离子/电子传输。
优选地,步骤(3)中,所述惰性气体为氮气、氩气或氦气等中的一种或几种。本发明所使用的惰性气体均为纯度≥99.9%的高纯气体。
本发明的有益效果如下:
(1)将本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料作为负极组装的电池,在0.01~3V电压范围内,1A·g-1的电流密度下,首圈放电容量为1673mAh·g-1(前3圈电流密度为0.1A·g-1),在120圈循环(从第4圈开始为1A·g-1)后,放电比容量仍保持在808mAh·g-1,说明比容量高,循环性能好;在5A·g-1的电流密度下,放电比容量仍保持在554mAh·g-1,电流密度恢复至50mA·g-1时,放电比容量仍保持在1086mAh·g-1,表现出了优异的倍率性能,说明本发明复合负极材料结构稳定;
(2)本发明方法原材料绿色环保、成本低,工艺简单,周期短,适宜于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的XRD图;
图2是本发明实施例1二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的SEM图;
图3是本发明实施例1二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的HRTEM图;
图4是本发明实施例1二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装电池的充放电循环性能图;
图5是本发明实施例1二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装电池的放电倍率性能图;
图6是本发明实施例2二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明参考例所使用的氧化石墨烯按照现有的Hummers法制备;本发明所使用的油酸的密度为0.885g/mL,水合肼的密度为1.032 g/mL;本发明实施例所使用的惰性气体均为纯度≥99.9%的高纯气体;本发明实施例所使用的原料或化学试剂,如无特殊说明,均通过常规商业途径获得。
氧化石墨烯水溶液的制备方法参考例1
将100mg氧化石墨烯加入200mL水中,搅拌30min,然后在40kHz下,进行超声分散2h,得氧化石墨烯水溶液1。
氧化石墨烯水溶液的制备方法参考例2
将160mg氧化石墨烯加入200mL水中,搅拌40min,然后在30kHz下,进行超声分散2.5h,得氧化石墨烯水溶液2。
氧化石墨烯水溶液的制备方法参考例3
将60mg氧化石墨烯加入200mL水中,搅拌20min,然后在50kHz下,进行超声分散1.5h,得氧化石墨烯水溶液3。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料实施例1
所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,还原氧化石墨烯片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料;所述二硒化锡、氧化锡与还原氧化石墨烯的质量比为9:2:1;所述片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料的长宽尺寸为200~800nm,厚度为20~50nm。
如图1所示,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的特征峰形和强度与SnSe2、SnO2标准卡片的谱线相吻合,峰形尖锐,结晶性,说明本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料中含有纯相的SnSe2和SnO2,无其它杂质。
如图2所示,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料为片状立方体型结构,长宽尺寸为200~800nm,厚度为20~50nm。
如图3所示,通过晶格间距比对,可观察到SnO2(110)晶面与SnSe2(102)晶面,说明片状立方体型目标材料是由纳米级的SnO2与SnSe2粒子共同组成,且SnSe2和SnO2纳米粒子彼此相互接触,在界面形成异质结构,有助于内置电场的形成,可提升反应动力学,促进离子电子的传输。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法实施例1
(1)将100mL氯化亚锡乙醇溶液(2.256mg/mL),以速度10mL/min滴入160mL氧化石墨烯水溶液1(0.5mg/mL)中,混合均匀,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤5次,在-44℃下,冷冻干燥48h,得0.3g中间体粉末;
(2)将步骤(1)所得0.3g中间体粉末加入100mL无水乙醇溶液中,搅拌30min至均匀后,在40kHz下,超声分散2h,再加入0.1579g(2mmol)单质硒粉和10mL油酸,搅拌30min至均匀后,置于密闭反应釜中,于鼓风干燥烘箱中,在180℃下,进行溶剂热反应12h,随炉冷却至室温,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤5次,在60℃下,鼓风干燥24h,得前驱体;
(3)将步骤(2)所得前驱体置于管式炉内,在高纯氩气气氛中,在400℃下,进行热处理1.5h,得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
电池组装:将本发明实施例所得42mg二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料作为活性物质、12mg导电炭黑作为导电剂,6mg聚偏氟乙烯作粘结剂,加入玛瑙研钵中,进行粉碎研磨20min后,滴入10mL N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,继续研磨5min,然后,用铜箔作为集流体,将研磨均匀后的浆料涂抹在铜箔上,在120℃下,真空干燥4h;对干燥后的电极片称量,根据集流体涂抹前后的质量差得到每个电极片上的浆料质量;称量后,将电极片在60℃下,真空干燥2h,干燥后的电极片放入手套箱中,以待装配扣式电池;在充满氩气的手套箱中,以聚丙烯为隔膜,用金属锂片和所制作的电极片进行扣式电池的组装,以1mol/LLiPF6/EC:DMC(体积比1:1)为电解液,组装成CR2032的扣式电池,并在LAND扣式电池测试仪上测试电化学性能。
如图4所示,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,1A·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1436mAh·g-1(前3圈为0.1A·g-1),在50圈循环(从第4圈开始为1A·g-1)后,放电比容量仍保持在774mAh·g-1,比容量保持率较高,展现了良好的循环稳定性,且随着材料的逐渐活化,比容量稍有提升,当循环达到120圈时,容量上升稳定至808 mAh·g-1
如图5所示,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,50mA·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1685mAh·g-1,且后续两圈衰减缓慢,表现出较高的可逆性;在5A·g-1的电流密度下,放电比容量仍保持在554mAh·g-1,具有优异的倍率性能;最后电流密度恢复至50mA·g-1时,放电比容量仍保持在1086mAh·g-1,容量保持率较高,可见本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料通过结构设计及与rGO的复合极大的提高了导电性,改善了材料的电化学性能。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料实施例2
所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,还原氧化石墨烯片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料;所述二硒化锡、氧化锡与还原氧化石墨烯的质量比为10:3:1;所述片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料的长宽尺寸为300~1200nm,厚度为40~100nm。
经检测,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的特征峰形和强度与SnSe2、SnO2标准卡片的谱线相吻合,峰形尖锐,结晶性,说明本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料中含有纯相的SnSe2和SnO2,无其它杂质。
如图6所示,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料为片状立方体型结构,长宽尺寸为300~1200nm,厚度为40~100nm。
经检测,通过晶格间距比对,可观察到SnO2(110)晶面与SnSe2(102)晶面,说明片状立方体型目标材料是由纳米级的SnO2与SnSe2粒子共同组成,且SnSe2和SnO2纳米粒子彼此相互接触,在界面形成异质结构,有助于内置电场的形成,可提升反应动力学,促进离子电子的传输。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法实施例2
(1)将100mL氯化亚锡乙二醇溶液(2.962mg/mL),以速度8mL/min滴入120mL氧化石墨烯水溶液2(0.8mg/mL)中,混合均匀,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤4次,在-40℃下,冷冻干燥60h,得0.39g中间体粉末;
(2)将步骤(1)所得0.39g中间体粉末加入80mL乙二醇溶液中,搅拌40min至均匀后,在30kHz下,超声分散2.5h,再加入0.2663g(2.4mmol)二氧化硒和20mL油酸,搅拌20min至均匀后,置于密闭反应釜中,于鼓风干燥烘箱中,在200℃下,进行溶剂热反应8h,随炉冷却至室温,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤4次,在70℃下,鼓风干燥12h,得前驱体;
(3)将步骤(2)所得前驱体置于管式炉内,在高纯氮气气氛中,在450℃下,进行热处理2h,得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
电池组装:同实施例1。
经检测,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,1A·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1541mAh·g-1(前3圈为0.1A·g-1),在100圈循环(从第4圈开始为1A·g-1)后,放电比容量仍保持在738mAh·g-1,比容量保持率较高,展现了良好的循环稳定性。
经检测,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,100mA·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1450mAh·g-1,且后续两圈衰减缓慢,表现出较高的可逆性;在5A·g-1的电流密度下,放电比容量仍保持在424mAh·g-1,具有优异的倍率性能;最后电流密度恢复至100mA·g-1时,放电比容量仍保持在850mAh·g-1,容量保持率较高,可见本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料通过结构设计及与rGO的复合极大的提高了导电性,改善了材料的电化学性能。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料实施例3
所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,还原氧化石墨烯片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料;所述二硒化锡、氧化锡与还原氧化石墨烯的质量比为6:1:1;所述片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料的长宽尺寸为400~1000nm,厚度为30~80nm。
经检测,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的特征峰形和强度与SnSe2、SnO2标准卡片的谱线相吻合,峰形尖锐,结晶性,说明本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料中含有纯相的SnSe2和SnO2,无其它杂质。
经检测,本发明二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料为片状立方体型结构,长宽尺寸为400~1000nm,厚度为30~80nm。
经检测,通过晶格间距比对,可观察到SnO2(110)晶面与SnSe2(102)晶面,说明片状立方体型目标材料是由纳米级的SnO2与SnSe2粒子共同组成,且SnSe2和SnO2纳米粒子彼此相互接触,在界面形成异质结构,有助于内置电场的形成,可提升反应动力学,促进离子电子的传输。
二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法实施例3
(1)将100mL氯化锡乙醇溶液(1.606mg/mL),以速度12mL/min滴入200mL氧化石墨烯水溶液3(0.3mg/mL)中,混合均匀,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤6次,在-50℃下,冷冻干燥36h,得0.22g中间体粉末;
(2)将步骤(1)所得0.22g中间体粉末加入120mL无水乙醇溶液中,搅拌20min至均匀后,在50kHz下,超声分散1.5h,再加入0.0868g(1.1mmol)单质硒粉和10mL水合肼,搅拌40min至均匀后,置于密闭反应釜中,于鼓风干燥烘箱中,在160℃下,进行溶剂热反应16h,随炉冷却至室温,离心,沉淀经去离子水和无水乙醇先后交叉洗涤6次,在50℃下,鼓风干燥36h,得前驱体;
(3)将步骤(2)所得前驱体置于管式炉内,在高纯氩气气氛中,在350℃下,进行热处理1h,得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
电池组装:同实施例1。
经检测,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,1A·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1673mAh·g-1(前3圈为0.1A·g-1),在180圈循环(从第4圈开始为1A·g-1)后,放电比容量仍保持在657mAh·g-1,比容量保持率较高,展现了良好的循环稳定性。
经检测,本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料组装的电池,在0.01~3V电压范围内,100mA·g-1的电流密度下,首次放电比容量可达1570mAh·g-1,且后续两圈衰减缓慢,表现出较高的可逆性;在5A·g-1的电流密度下,放电比容量仍保持在426mAh·g-1,具有优异的倍率性能;最后电流密度恢复至100mA·g-1时,放电比容量仍保持在900mAh·g-1,容量保持率较高,可见本发明实施例所得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料通过结构设计及与rGO的复合极大的提高了导电性,改善了材料的电化学性能。

Claims (12)

1.一种二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:所述复合负极材料由片状还原氧化石墨烯堆叠而成,还原氧化石墨烯片层之间嵌入片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料;
所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将锡源醇溶液滴入氧化石墨烯水溶液中,混合均匀,离心,沉淀经洗涤,冷冻干燥,得中间体粉末;
(2)将步骤(1)所得中间体粉末加入无水醇溶液中,搅拌均匀后,超声分散,再加入硒源和还原剂,搅拌均匀后,置于密闭反应釜中,进行溶剂热反应,随炉冷却至室温,离心,沉淀经洗涤,干燥,得前驱体;
(3)将步骤(2)所得前驱体在惰性气氛中,进行热处理,得二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料。
2.根据权利要求1所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:所述二硒化锡、氧化锡与还原氧化石墨烯的质量比为3~10:1~4:1;所述片状立方体型二硒化锡/氧化锡复合材料的长宽尺寸为200~1200nm,厚度为10~100nm。
3.根据权利要求1或2所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(1)中,所述锡源醇溶液与氧化石墨烯水溶液的体积比为0.3~1.0:1;所述锡源醇溶液的质量浓度为1.5~3.1mg/mL;所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为0.2~2.0mg/mL;所述滴入的速度为5~20mL/min;所述锡源为氯化锡、氯化亚锡或碘化亚锡中的一种或几种;所述醇溶液为甲醇、乙醇或乙二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(1)中,所述氧化石墨烯水溶液的制备方法为:将氧化石墨烯加入水中,搅拌,然后进行超声分散,即成;所述氧化石墨烯与水的质量体积比为0.2~2.0:1;所述搅拌的时间为20~40min;所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h;所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述冷冻干燥的温度为-40~-50℃,时间为24~72h。
5.根据权利要求3所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(1)中,所述氧化石墨烯水溶液的制备方法为:将氧化石墨烯加入水中,搅拌,然后进行超声分散,即成;所述氧化石墨烯与水的质量体积比为0.2~2.0:1;所述搅拌的时间为20~40min;所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h;所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述冷冻干燥的温度为-40~-50℃,时间为24~72h。
6.根据权利要求1或2所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(2)中,所述中间体粉末与无水醇溶液的质量体积比为1:200~600;所述搅拌的时间均为20~40min;所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h;所述无水醇溶液为无水乙醇、乙二醇或甲醇中的一种或几种;所述硒源和还原剂与步骤(1)所述氧化石墨烯的质量比为1~4:100~200:1;所述硒源为单质硒、二氧化硒或硒酸钠中的一种或几种;所述还原剂为油酸、油胺、乙二胺、水合肼或硼氢化钠中的一种或几种;所述溶剂热反应的温度为120~200℃,时间为8~24h;所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述干燥的温度为50~80℃,时间为12~48h。
7.根据权利要求3所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(2)中,所述中间体粉末与无水醇溶液的质量体积比为1:200~600;所述搅拌的时间均为20~40min;所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h;所述无水醇溶液为无水乙醇、乙二醇或甲醇中的一种或几种;所述硒源和还原剂与步骤(1)所述氧化石墨烯的质量比为1~4:100~200:1;所述硒源为单质硒、二氧化硒或硒酸钠中的一种或几种;所述还原剂为油酸、油胺、乙二胺、水合肼或硼氢化钠中的一种或几种;所述溶剂热反应的温度为120~200℃,时间为8~24h;所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述干燥的温度为50~80℃,时间为12~48h。
8.根据权利要求4所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(2)中,所述中间体粉末与无水醇溶液的质量体积比为1:200~600;所述搅拌的时间均为20~40min;所述超声分散的频率为30~50kHz,时间为1.5~2.5h;所述无水醇溶液为无水乙醇、乙二醇或甲醇中的一种或几种;所述硒源和还原剂与步骤(1)所述氧化石墨烯的质量比为1~4:100~200:1;所述硒源为单质硒、二氧化硒或硒酸钠中的一种或几种;所述还原剂为油酸、油胺、乙二胺、水合肼或硼氢化钠中的一种或几种;所述溶剂热反应的温度为120~200℃,时间为8~24h;所述洗涤为用水和乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述干燥的温度为50~80℃,时间为12~48h。
9.根据权利要求1或2所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(3)中,所述热处理的温度为300~500℃,时间为0.5~2.0h;所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的一种或几种。
10.根据权利要求3所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(3)中,所述热处理的温度为300~500℃,时间为0.5~2.0h;所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的一种或几种。
11.根据权利要求4所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(3)中,所述热处理的温度为300~500℃,时间为0.5~2.0h;所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的一种或几种。
12.根据权利要求6所述二硒化锡/氧化锡-rGO纳米复合负极材料,其特征在于:步骤(3)中,所述热处理的温度为300~500℃,时间为0.5~2.0h;所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的一种或几种。
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