[發(fā)明專利]一種空心球硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911120198.6
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110931782B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭俊超;路士杰;羅紫艷;汪志騰;賀振江
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所(普通合伙) 43205
• 代理人: 王艷;寧星耀

一種空心球硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明制備方法首先采用甘油和六水硝酸鈷制得呈實(shí)心球的鈷?甘油配合物，然后采用表面電荷改性劑改變其表面電性，再與石墨烯混合并附著在石墨烯表面，最后加入硫代酰胺，與附著在石墨烯表面的鈷?甘油配合物發(fā)生水熱反應(yīng)，在鈷擴(kuò)散的同時(shí)進(jìn)行硫化，在石墨烯上原位形成空心球結(jié)構(gòu)，得到呈空心球狀的硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料，本發(fā)明方法操作簡單，成本低。采用本發(fā)明方法制備的復(fù)合材料用于組裝電池，使得該電池具備優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種空心球硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命和無毒性的優(yōu)點(diǎn)，使其成為便攜式電子設(shè)備和電動汽車的首要電源選擇。不過，鋰離子電池常使用的石墨基負(fù)極材料的低理論比容量、低安全性和較差倍率性能限制了石墨負(fù)極進(jìn)一步應(yīng)用，已不能滿足人們對鋰離子電池的需求。

相比傳統(tǒng)石墨負(fù)極而言，金屬硫化物具有更高可逆比容量，更大能量密度和優(yōu)異安全性能，是鋰離子電池負(fù)極材料的理想材料。但金屬硫化物作為負(fù)極材料應(yīng)用過程中面臨較差的本征電子導(dǎo)電率和較慢的鋰離子遷移速率以及在鋰離子脫嵌過程中會發(fā)生體積膨脹等問題，嚴(yán)重限制了金屬硫化物在鋰離子電池中的應(yīng)用。為了使金屬硫化物能更好地滿足新一代能源電池的需求，目前，通過結(jié)構(gòu)中空化和石墨烯包覆來推進(jìn)金屬硫化物的實(shí)際應(yīng)用。

中空結(jié)構(gòu)的電極材料可以增大電極和電解液接觸界面，提供更多的可接觸位點(diǎn)，增加比容量和減少物質(zhì)和電荷轉(zhuǎn)移路徑。另外，內(nèi)中空結(jié)構(gòu)可以組織體積膨脹引起結(jié)構(gòu)坍塌和緩解由鋰離子脫嵌過程導(dǎo)致壓力效應(yīng)。雖然具備二維納米結(jié)構(gòu)的石墨烯具有高的電化學(xué)性能、熱穩(wěn)定性與大的比表面積，對電池電極材料的電化學(xué)性能可以起到很好地增強(qiáng)作用，但是，本征石墨烯在電子領(lǐng)域的應(yīng)用嚴(yán)重受限于它的零帶隙特性。

CN108147472A公開了一種空心硫化鈷微球催化劑的制備方法，通過將鈷源和硫源加入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)所得空心微球。但其制備球型為微米級，結(jié)構(gòu)容易受到破壞，增加鋰離子擴(kuò)散距離，擴(kuò)大電阻效應(yīng)，不適用于制備好的電極材料。

CN103214041A公開了一種自組裝型各種形貌的硫化鈷電極材料的制備方法，通過硫源、鈷源和多種溶劑進(jìn)行水熱反應(yīng)制備不同形貌的電極材料。但其制備電極材料仍是導(dǎo)電性能差，體積膨脹效應(yīng)嚴(yán)重，不適用于鋰離子電池。

CN108598427A公開了一種包覆還原氧化石墨烯提高硫化鈷充放電循環(huán)能力的方法，此發(fā)明工藝復(fù)雜、流程多，制備出硫化鈷容易團(tuán)聚而使理論比容量未能充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上不足，提供一種空心球硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明制備方法操作簡單、成本低，能夠成功制備導(dǎo)電性能優(yōu)異的空心硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種空心硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將六水硝酸鈷和甘油加入異丙醇中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到鈷-甘油配合物；

（2）將步驟（1）得到的鈷-甘油配合物分散于醇類溶劑中，然后加入表面電荷改性劑，在超聲條件下進(jìn)行電荷改性，得到表面帶負(fù)電的鈷-甘油配合物；

（3）將氧化石墨烯均勻分散于醇類溶劑中，然后加入步驟（2）所得表面帶負(fù)電的鈷-甘油配合物，超聲分散，得到混合溶液；

（4）將硫代乙酰胺加入步驟（3）所得的混合溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到空心球硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料。