[發(fā)明專利]一種氧化鋁-石墨烯復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810444747.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN108767214A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪世兵;鄭斌;陳啟長(zhǎng);楊學(xué)林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

本發(fā)明提供一種氧化鋁?石墨烯復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體為：將Al(NO₃)₃·9H₂O和C₆H₁₂N₄、氧化石墨烯溶液，去離子水并攪拌混合形成懸濁液，然后轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中，加入去離子水至內(nèi)襯容積的80%，在80~160℃水熱反應(yīng)10h~24h，自然冷卻至室溫，將沉淀置于60~80℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高溫管式燒結(jié)爐以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體和載氣，在300~400℃燒結(jié)3~5h，即得到氧化鋁?石墨烯復(fù)合材料。本發(fā)明首次將氧化鋁?石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極。該合成工藝簡(jiǎn)單易于操作，材料制備成本低廉；所得樣品結(jié)晶性能良好，純度高，尺寸均勻；電化學(xué)性能測(cè)試顯示其具有明顯的充、放電平臺(tái)和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型鋰離子電池負(fù)極，特別涉及一種氧化鋁-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源是支撐整個(gè)人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)能源的依存度不斷地提高。目前，傳統(tǒng)的化石能源如煤、石油、天然氣等被大量的開發(fā)使用，大氣污染、溫室氣體的排放等問題日益突出，直接影響了人們的生活。伴隨著日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染，改變現(xiàn)有不合理的能源結(jié)構(gòu)是人類可持續(xù)發(fā)展所面臨的首要問題。因此，尋找可再生的清潔環(huán)保替代能源迫在眉睫。目前開發(fā)利用的風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源具有隨機(jī)性和間歇性，因此發(fā)展高性能儲(chǔ)能設(shè)備又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

鋰離子電池作為一種高性能的儲(chǔ)能設(shè)備，因其所具有的高比容量、高循環(huán)性能、環(huán)境友好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在目前儲(chǔ)能市場(chǎng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，已廣泛地運(yùn)用于便攜式電子設(shè)備及動(dòng)力汽車中。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨類碳材料，其較低的理論容量及可能存在的鋰枝晶析出的安全隱患是制約其發(fā)展的關(guān)鍵，開發(fā)新型鋰離子電池負(fù)極材料尤為迫切。類似于其他過渡族金屬氧化物，氧化鋁有望作為一種轉(zhuǎn)換型負(fù)極材料?；谘趸?還原反應(yīng)儲(chǔ)鋰機(jī)理，其理論容量較高，同時(shí)，其較低的弗萊德電位表明其具有較低的充/放電平臺(tái)，這有利于提升鋰離子電池的能量密度。目前，氧化鋁作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能尚未見報(bào)道。主要原因在于，其導(dǎo)電性較差，嚴(yán)重抑制了其儲(chǔ)鋰活性?；谝陨媳尘埃?a title="鉆瓜專利網(wǎng)">專利采用水熱及燒結(jié)方法制備氧化鋁與石墨烯均勻復(fù)合的氧化鋁-石墨烯復(fù)合材料，以其作為鋰離子電池負(fù)極材料顯示了明顯的充放電平臺(tái)及良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于以Al(NO₃)₃·9H₂O、C₆H₁₂N₄、氧化石墨烯為原料，通過水熱及燒結(jié)制備氧化鋁-石墨烯鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料。其原理就是利用C₆H₁₂N₄的含氨基團(tuán)與氧化石墨烯的表面官能團(tuán)進(jìn)行結(jié)合，隨后含氨基團(tuán)與鋁離子結(jié)合并原位分解，促進(jìn)羥基氧化鋁形成的同時(shí)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行原位還原。最終將水熱反應(yīng)得到的前驅(qū)體在高溫下退火得到氧化鋁與石墨烯均勻復(fù)合的氧化鋁-石墨烯復(fù)合材料。石墨烯能夠顯著提升復(fù)合材料導(dǎo)電性，該復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料顯示了較好的電化學(xué)性能。