[發(fā)明專利]鋰離子電池用納米氧化銅石墨烯復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710179887.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN106935826B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇;曲寶彬;李煥;朱靖;趙亞茹;胡詠梅;許方;袁華麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 西安知誠思邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發(fā)明公開了鋰離子電池用納米氧化銅石墨烯復(fù)合材料的制備方法，配制以乙醇為溶劑的稀土溶液，將石墨烯加入到稀土溶液中進(jìn)行改性處理，用去離子水配制醋酸銅溶液并與濃氨水反應(yīng)生成銅氨溶液。將改性石墨烯溶液與銅氨溶液按1:2～1:5的比例混合，磁力攪拌并進(jìn)行超聲處理。隨后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在120～200℃恒溫8～12h，自然冷卻后用去離子水洗滌，再將洗滌后的固體放入真空干燥箱，最終得到產(chǎn)品。微量稀土元素的加入既改善了石墨烯的表面結(jié)構(gòu)，降低了石墨烯的團(tuán)聚性，又顯著提高了納米氧化銅/石墨烯電極材料的電容性能。有效解決了氧化銅/石墨烯電極導(dǎo)電性差、易破碎、充放電體積變化大和循環(huán)性能差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池用納米氧化銅石墨烯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源尤其是化石能源的需求越來越多，能源經(jīng)濟(jì)面臨嚴(yán)重的考驗(yàn)。同時(shí)，這種化石能源所造成的環(huán)境污染以及全球氣候變暖問題，已經(jīng)引起國際社會(huì)的高度關(guān)注。提高能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、合理開發(fā)和利用可再生能源將成為能源發(fā)展的必然選擇。電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在這一過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，例如電池和超級(jí)電容器。而鋰離子電池由于具有體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染、循環(huán)壽命長、工作電壓高、荷電保持能力強(qiáng)，工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，成為目前世界各國新能源研究的熱點(diǎn)。

改善和提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵是選取充放電性能良好的正負(fù)極材料，傳統(tǒng)的負(fù)極材料使用的是石墨，由于其存在理論容量低，很難滿足高容量電池的需求。為了克服上述缺陷，目前鋰離子電池負(fù)極材料的研究主要集中在非碳負(fù)極材料上，如氧化錫、氧化鐵、四氧化三鈷、氧化鎳、四氧化三錳和氧化銅。其中，氧化銅理論容量(670mAh·g^-1)較高，接近商業(yè)石墨負(fù)極的兩倍，而且安全性高、成本低以及環(huán)境友好，長期以來一直作為鋰離子電池的負(fù)極材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是氧化銅的主要缺點(diǎn)是電化學(xué)活性差以及在充放電過程中發(fā)生嚴(yán)重的體積變形，造成氧化銅活性物質(zhì)逐漸破碎，使電池容量迅速衰減。

石墨烯作為一種二維納米材料，其具有分散性好，電子遷移率高，無毒，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，石墨烯與其負(fù)載的金屬氧化物形成的復(fù)合材料在一定條件下可表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，當(dāng)應(yīng)用于鋰離子電池或者鈉離子電池的負(fù)極材料時(shí)，氧化銅/石墨烯復(fù)合材料能夠利用其界面效應(yīng)，增加鋰(鈉)離子的儲(chǔ)存密度以及循環(huán)穩(wěn)定性；并且，由于石墨烯具有較高的載流子遷移率，非常有利于電荷的遷移，提高了電池的充放電速率。但是高比表面積的石墨烯由于表面活性能高，分子間的作用力以及化學(xué)鍵作用強(qiáng)而容易發(fā)生疊層和團(tuán)聚，使比表面積顯著降低，不能充分發(fā)揮石墨烯材料的高比表面、高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱的性能優(yōu)勢(shì)，這在一定程度上限制了其在鋰離子電池中的進(jìn)一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋰離子電池用納米氧化銅石墨烯復(fù)合材料的制備方法，解決了氧化銅/石墨烯電極導(dǎo)電性差、易破碎、充放電體積變化大和循環(huán)性能差的問題，既改善了石墨烯的表面結(jié)構(gòu)，降低了石墨烯的團(tuán)聚性，又顯著提高了納米氧化銅/石墨烯電極材料的電容性能，其綜合性能優(yōu)良，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、綠色環(huán)保。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，鋰離子電池用納米氧化銅石墨烯復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，配制以乙醇為溶劑的稀土溶液，其中，稀土溶液各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：稀土化合物0.05～5.0％，氯化銨0.1～2.0％，尿素0.01～2.0％，三乙醇胺0.1％～0.4％；

將稀土溶液進(jìn)行水浴加熱，然后將稀土溶液的pH調(diào)至5～6，得到稀土改性溶液；

按照200～500mg/mL的比例將氧化石墨烯于18-22℃條件下浸入稀土改性溶液中，超聲波分散，得到改性氧化石墨烯分散液；