[發明專利]一種銅二氧化鉬石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710175147.8
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106941159B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 張利鋒;賀文杰;郭守武
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種以石墨烯為基體采用熱解工藝制備銅摻氧化鉬復合材料作為鋰電池負極材料的制備方法。將水熱法制備出的鉬酸銅與氧化石墨烯按一定比例分散在水溶液中，攪拌、超聲數小時，產物旋蒸、干燥，之后在氬氣氣氛下煅燒。本發明制備方法簡單，原料易得，產物用作鋰離子電池負極材料的電化學活性良好，首次庫倫效率達到94％，充放電循環65次放電比容量達到804mAh/g，且庫倫效率為99％。

【技術領域】

本發明屬于無機材料和能源材料的交叉技術領域，涉及一種銅二氧化鉬石墨烯復合材料及其制備方法和應用。

【背景技術】

納米復合材料是隨著材料科學的發展而出現的一種新型材料，它是由兩種或兩種以上性質不同的材料，通過各種工藝方法組合而成的一種多相固體材料。在鋰離子電池負極材料的研究中，由于過渡金屬氧化物具有良好的電化學活性，價格低廉，資源豐富，環境友好，是一種理想的鋰離子電池負極材料。而碳材料和各種金屬氧化物的結合可以進一步提高復合電極材料的比容量、循環性能等電化學活性。

石墨烯復合材料由于其特殊的性能，使其在催化、吸附、電磁、傳感器、能量儲存等領域引起了人們越來越大的關注。如中國發明專利CN105633344A公開了通過壓濾擠出法制備二硫化鉬納米片或納米纖維與碳納米管或石墨烯復合的柔性鋰離子電池薄膜負極材料的方法，該方法簡單易行，但原材料要求高，石墨烯為單層納米片、二硫化鉬為1～5層納米片、納米纖維為含有羧基、氨基、肽基或醛基等基團的改性納米纖維，不利于工業化大量生產。此外，中國專利CN104617270A公開了一種球形中空鈦酸鋰石墨烯復合材料作為鋰電池負極材料的制備方法，該發明采用模板法和氫氧化鋰腐蝕制備球形中空結構的鈦酸鋰石墨烯復合材料。復合材料的中空結構極大地改善了電池充放電性能，但實驗制備過程中需要精確控制反應條件，因此該方法在高效制備等方面仍具有技術提升空間。

目前，銅二氧化鉬石墨烯復合材料并未有大范圍報道，且在鋰離子電池中的應用更鮮有人報道。如中國發明專利CN105609731A公開了氟化銅三氧化鉬石墨烯復合材料及電極的制備方法。在惰性保護氣體下，通過球磨法制備氟化銅三氧化鉬石墨烯復合材料。該發明不需要特殊的反應儀器，制備成本低廉，但物料損失較大，且電化學性能仍有很大的改善空間。

【發明內容】

本發明目的是在于解決上述現有技術中的問題，提供一種銅二氧化鉬石墨烯復合材料及其制備方法和應用，所制備的復合材料克服了單一材料可逆容量低、循環穩定性差等問題，具有高的儲鋰容量和良好的庫倫效率，且本發明制備工藝簡單，成本低廉，環境友好，為其實際應用提供了便利條件。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種銅二氧化鉬石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將四水鉬酸銨和二水醋酸銅按照(1～3):1的摩爾比加入到40mL、濃度為0.001～0.005mol/L的氫氧化鈉水溶液中，水熱反應后，再進行離心、洗滌以及干燥處理，得到鉬酸銅納米顆粒，得到產物A；

2)配制濃度為0.5～1mol/L的氧化石墨烯水溶液；

3)將產物A和氧化石墨烯水溶液均勻混合，并攪拌、超聲處理至混合均勻，再對產物進行旋蒸、干燥處理，得到產物B；

4)將產物B在氬氣氣氛下煅燒，得到銅二氧化鉬石墨烯復合材料。

本發明進一步的改進在于：

步驟1)中，水熱反應的溫度為120～160℃，反應時間為3～5h。

產物A和氧化石墨烯的質量比為20:(1～20)。

步驟3)中，超聲處理0.5～1h。

步驟3)中，在60～80℃的溫度下旋蒸、干燥處理。

步驟4)中，煅燒溫度為500～800℃。