[發明專利]一種原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910410113.1
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110165171B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 廖松義;閔永剛;劉屹東;張詩洋;王勇
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;東莞華南設計創新院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開一種原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料及其制備方法和應用，所述原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料是將GO水溶液加入到可溶性鈷鹽水溶液和硫化劑水溶液的混合溶液中，經攪拌，超聲后，將所得的GO混合溶液在不銹鋼反應釜中，在150～280℃反應，隨爐冷卻，抽濾后可得到固體進行冷凍干燥處理制得。該復合材料具有納米花狀的三維微觀結構，其納米花由二硫化鈷單晶片組成，原位生長在二維rGO納米片基體上，該基體能夠有效的容納二硫化鈷在充放電過程中的體積效應，導電性能好。同時，該復合材料具有優異的充放電循環性能和倍率性能，可應用在鋰離子電池負極材料領域中。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，更具體地，涉及一種原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著社會的進步與發展，人類所面臨的能源問題日益凸顯。鋰離子電池作為目前最為成功的商業化儲能裝置，緩解了人們對于能源存儲方面的部分憂慮，因此受到了各界人士的熱捧。特別地，由于鋰離子電池的綠色/環保及可循環利用等優勢，其在電動汽車領域得到廣泛的發展應用。目前，市場上鋰離子電池中所采用的負極活性材料通常是各種導電性好/具有層狀結構的石墨類材料，其理論比容量為372mAh/g，比較適合鋰離子的嵌入和脫嵌，且表現出較高的首次庫倫效率和較好的循環穩定性。但是，隨著行業及技術的發展，人們對鋰離子電池的性能參數如容量、能量密度和循環壽命提出了更高的要求，石墨類負極材料制備的鋰離子電池在目前已無法滿足高比能量鋰離子電池的要求。

二硫化鈷作為鋰離子電池電極材料，其理論比容量通常高達700mAh/g，是商業化石墨類負極材料的至少兩倍以上，此外，硫元素儲量非常豐富，價格十分低廉，且二硫化鈷材料的嵌鋰電壓相對較低，非常適合作為下一代高能量的鋰離子電池電芯的負極材料。然而，該類材料在進入鋰離子充放電過程中，會產生較大的體積膨脹率，導致二硫化鈷材料的粉化和脫落，其一方面將影響活性材料與集流體之間的接觸，阻礙的電子傳輸過程；另一方面，也會導致固體電解質界面膜在循環過程中逐漸增厚，從而不斷地消耗鋰離子并會增大電池內部阻抗，使得容量和庫倫效率不斷衰減，循環壽命下降。因此，必須在其充放電過程緩沖其產生的體積效應，從而盡可能提高其循環穩定性。

針對上述問題，目前常用的解決方案是制備硫化鈷納米顆粒、制備硫化鈷片，以及將其與碳材料進行復合，是一種比較有前景的方法。但是，現有的硫化鈷/石墨烯復合材料，僅僅對二硫化鈷材料進行簡單的機械包覆，對其容量發揮及循環壽命的改善都比較有限，無法滿足目前產業化的需求。rGO作為性能優異的二維材料，其優越的導電性能及納米層狀結構，在各個領域受到科學家們的青睞。但是，在新型鋰離子復合材料的制備中，還沒有完全發揮體現出其特殊的價值。特別地，目前還沒有研究報道過，在二維rGO納米片上原位生長二硫化鈷納米花狀的三維結構的鋰離子復合材料。

發明內容

為了解決上述現有技術中碳負極材料及其類似的復合材料中的在高能量密度鋰離子電池應用中存在的不足和缺點，本發明的首要目的在于提供一種原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料。該復合材料具有較好的三維納米花狀的柔性結構，能夠充分的發揮二硫化鈷納米粒子的容量，并可有效的容納其在充放電過程中的體積效應，具有良好的導電性能，優異的倍率及循環性能。

本發明的另一目的在于提供一種上述原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料的制備方法。

本發明的再一目的在于提供一種上述原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料，所述原位自組裝納米花狀二硫化鈷/rGO復合材料是將GO水溶液加入到可溶性鈷鹽水溶液和硫化劑水溶液的混合溶液中，經攪拌，超聲后，將所得的GO混合溶液在不銹鋼反應釜中，在150～280℃反應，隨爐冷卻，抽濾后將得到固體進行冷凍干燥處理制得。