锂离子电池用经辐照SnO₂/石墨烯气凝胶纳米复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种操作简单，温和可控、节能环保的辐照二氧化锡/石墨烯气凝胶纳米复合材料的制备方法，属于复合功能材料领域。本发明方法的主要内容是：利用氧化还原反应制备出球形锡，再将锡球和氧化石墨烯进行水热反应，最终制备出二氧化锡/石墨烯气凝胶纳米复合材料。经过不同剂量辐照过的二氧化锡/石墨烯气凝胶纳米复合材料，用作锂离子电池负极，经过电化学测试，相比于未辐照的纳米复合材料，电化学性能有了明显的提高。这种产品有比较高的比表面积。本发明产品在复合功能材料领域尤其是锂离子电池储能、传感器等方面具有潜在的应用价值。

主权项

作为锂离子电池用经辐照SnO₂/石墨烯气凝胶纳米复合材料的制备方法，其特征在于具有以下步骤：a.将质量比为1:1的过硫酸钾和五氧化二磷溶解于适量浓硫酸中，加热到80℃，然后将3克天然石墨加入上述溶液，恒温4小时；冷却至室温，用300~400毫升的去离子水稀释后，静置12小时；洗涤，抽滤，于60℃真空干燥箱中干燥；b.将得到的先驱物加入到120毫升的冰浴浓硫酸中，在搅拌下慢慢加入15克的KMnO₄，加入的过程中保持温度在0~5℃；然后将温度控制在35℃搅拌至充分反应；加入250~300毫升去离子水稀释，稀释过程中也要在冰浴中使温度低于5℃；搅拌后加入700毫升去离子水，并立刻加入20毫升30%的H₂O₂，混合物产生气泡，颜色变成亮黄色；c.静置12小时，将上述混合物抽滤，并用1升的1:10的稀盐酸洗涤，过滤去除部分金属离子；再用去离子水洗涤过滤，去除多余的酸；将得到的固体溶解于水中，然后超声使溶液分散均匀，得到氧化石墨烯溶液；d.另外，在室温下，将0.8克聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到盛有50毫升一缩二乙二醇的锥形瓶中，搅拌10分钟，观察白色粉末完全溶解，溶液呈无色；将锥形瓶置于油浴锅中，至温度升高到180℃，加入1.2克SnCl₂·2H₂O，恒温5‑10 分钟；e.将0.8克硼氢化钠溶解于10毫升一缩二乙二醇中，用一次性吸管快速搅拌数秒后，快速逐滴加入上述的锥形瓶中（硼氢化钠的一缩二乙二醇溶液滴加速度约30滴/分钟）；维持温度在160‑180℃，10‑25分钟，停止加热，冷却至室温，用乙醇离心洗涤3次，将样品置于真空烘箱中80℃干燥，得到纯净的球形锡单质；f.0.15克球形锡单质分别分散在45毫升2毫克/毫升的氧化石墨烯中，加入1.5毫升 36.5wt%盐酸，充分搅拌，得到溶胶，然后将所得的溶胶超声波处理3小时，直至形成黑色的凝胶；将样品转移到100毫升聚四氟乙烯反应釜中，180℃恒温8小时；待反应釜自然冷却至室温，将样品用蒸馏水反复洗涤数次，即得到二氧化锡/石墨烯气凝胶;并将样品标记为SnO₂/GAs‑0；g.将SnO₂/GAs‑0置于一个GJ‑2‑Ⅱ电子加速器的钛窗下以2MeV的加速电压和8mA的电流，分别用剂量140，280，560，840 kGy进行电子束辐照（根据辐照剂量，分别命名为：SnO₂/GAs‑140, SnO₂/GAs‑280, SnO₂/GAs‑560, 和SnO₂/GAs‑840），所有样品冷冻干燥18小时后制得锂离子电池负极材料。