以氧化石墨和氯化亞錫為原料，采用原位合成法制得SnO2/石墨烯納米復合材料。該方法不需外加還原劑,也避免了SnO2 納米粒子和石墨烯在機械混合過程中的團聚問題。XRD 和TEM 等的分析結果表明，納米SnO2 顆粒都均勻地分散在石墨烯表面，其中納米SnO2 的粒徑和石墨烯的厚度分別為3~6 nm 和1.5~2 nm。

　　電化學測試的結果表明: 1)在200 mA/g 電流密度下循環(huán)100 次后，SnO2/石墨烯負極材料的嵌鋰容量可穩(wěn)定在552 mAh/g，容量保持率比單純納米SnO2 提高了4.4 倍; 2)在40、400、800 mA/g 的電流密度下，SnO2/石墨烯負極材料的放電容量可分別保持在724.5、426.0、241.3 mAh/g，表現(xiàn)出較好的倍率性能，該結果歸因于石墨烯良好的導電性及其二維納米結構。

　　隨著純電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)以及高端儲能系統(tǒng)對鋰離子電池的迫切需求，開發(fā)具有高容量、高倍率性能、循環(huán)壽命長的負極材料成為該領域的主流方向。相對石墨類負極材料(理論嵌鋰容量: 372 mAh/g)而言，硅基、錫基、過渡金屬氧化物(如NiO、Co3O4、V2O5)等新型負極材料具有更高的理論嵌鋰容量，成為近年來的研究熱點。其中，二氧化錫(SnO2)因其理論嵌鋰容量高達782 mAh/g 而倍受科學界和產業(yè)界的關注。然而SnO2 在充放電過程中會產生巨大的體積膨脹(～300%)，進而出現(xiàn)顆粒粉化、團聚問題，并且電導率也較低。該性質最終導致SnO2 負極材料的可逆容量較低、倍率性能和循環(huán)性能都較差。可見有效解決SnO2 的體積膨脹及其導電性問題是決定其是否具有實際應用價值或進一步推廣應用的前提。

　　對此，研究者試圖通過碳包覆、碳摻雜以及在納米或微米尺度上的結構設計(如核-殼結構等)來解決SnO2 所存在的不足。Yao 等利用石墨烯良好的導電性和較好的儲鋰功能，制備了SnO2/石墨烯納米復合物，該負極材料經過100 次循環(huán)后，在50 mA/g 的電流密度下,其放電容量仍保持在520 mAh/g。但是該材料的制備過程較為復雜(需要添加NaBH4 或水合肼等其它還原劑，甚至還需要回流)，而且有關石墨烯的影響機制也尚未闡明。

　　本工作利用石墨烯良好的導電性、較高的比表面積、完美的二維納米結構及其柔韌性以及SnCl2自身的強還原功能，在石墨烯的制備過程中，直接原位合成SnO2/石墨烯納米復合材料。

1、實驗部分

　　1.1、石墨烯和SnO2/石墨烯的制備

　　采用改進的Hummers法制備氧化石墨。將盛有氧化石墨的燒杯置于微波爐(GalanzP70D20TP-C6，900 W)中，在900 W 的功率下微波輻照3 min，制得黑色疏松粉末狀石墨烯。

　　將1 g 氧化石墨充分溶于300 mL 去離子水中,得到棕褐色的氧化石墨溶液。再加入3 g 二水合氯化亞錫(SnCl2·2H2O)與4 mL 鹽酸(37%)，并磁力攪拌1 h。將燒杯置于微波爐中，在900 W 的功率下微波輻照3 min，再經過濾、洗滌、80℃干燥后，得到SnO2/石墨烯負極材料。

　　1.2、分析表征

　　采用Rigaku D/max 2550 型X射線衍射儀(XRD,CuKα，λ=0.15406 nm)對樣品進行物相分析。采用美國TA公司SDTQ600 熱重分析儀(TG)在空氣氣氛下測試樣品的二氧化錫含量。通過用JSM-6360LV 型掃描電子顯微鏡(SEM)與JEOL JEM-2010 型透射電子顯微鏡(TEM)觀察樣品的形貌和結構。

　　1.3、電化學性能測試

　　將制備的活性材料、導電炭黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按質量比80:10:10，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合制成均勻的漿料，用涂膜法均勻涂在銅箔上，烘干后，沖成 12 mm左右的圓形電極片，在油壓機下壓片防止涂膜脫落。電極片經過90℃真空干燥12 h 后，在手套箱中組裝成扣式電池。電池以金屬鋰作為對電極，電解液為1mol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)-碳酸二甲酯(DMC)-碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC: DMC: DEC=1: 1: 1(體積比)溶液,隔膜為Celgard2300 微孔聚丙烯膜。電池的恒流充放電和循環(huán)伏安曲線測試在Arbin BT2000 電化學工作站上進行，其中電壓范圍在0.005~3 V之間，掃描速率為0.1 mV/s。

結論

　　以氧化石墨和氯化亞錫為原料，制得SnO2/石墨烯納米復合物。研究結果表明，1)尺寸為3~6 nm的SnO2 顆粒能夠均勻地分散在石墨烯表面; 2)100次循環(huán)后SnO2/石墨烯負極材料的放電容量仍達552 mAh/g，高于單純石墨烯和SnO2 的相應容量; 3)在400、800 mA/g 的大電流密度下，SnO2/石墨烯負極材料的放電容量仍可分別保持在426 、241.3mAh/g，說明具有較高的倍率性能。該結果不僅有效解決了納米SnO2 用作鋰離子電池負極材料時所存在的不足，而且材料的合成方法簡單，既不需外加還原劑，又避免了機械混合方法在制備過程中SnO2納米粒子或石墨烯的團聚問題。