[發(fā)明專利]一種銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911157502.4
• 申請(qǐng)日: 2019-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110911684B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閔永剛;李越珠;廖松義;劉屹東;黃興文;饒秋實(shí)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué);東莞華南設(shè)計(jì)創(chuàng)新院
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯及其制備方法和應(yīng)用，所述銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯是將石墨烯水合物加入到可溶性鈷鹽和硫化劑的混合水溶液中，經(jīng)攪拌后倒入銻鹽的有機(jī)溶劑中，隨后進(jìn)行超聲，并將所得的銻摻雜的混合溶液在100～300℃下反應(yīng)后，隨爐冷卻，抽濾，冷凍干燥處理制得。本發(fā)明銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯負(fù)極材料微觀結(jié)構(gòu)中存在規(guī)則柱狀結(jié)構(gòu)；該材料不僅具有優(yōu)異的充放電循環(huán)性能和導(dǎo)電性能、高的倍率性能，而且穩(wěn)定性較高，與銅箔的粘接性程度高，作為負(fù)極材料可應(yīng)用在鋰離子電池領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池已經(jīng)在消費(fèi)電子、電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，并且正在大型能源存儲(chǔ)領(lǐng)域嶄露頭角。高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽命等是對(duì)鋰離子電池的基本要求。鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜、集流體五大部分組成；其中負(fù)極材料作為目前鋰離子電池主要的儲(chǔ)存鋰離子的地方，其性能直接影響電池的性能，可以說(shuō)得上對(duì)鋰離子電池的性能起著決定性作用。

負(fù)極材料是電池在充電過(guò)程中，鋰離子和電子的載體，起著能量的儲(chǔ)存和釋放作用。在電池成本中，負(fù)極材料約占5％～15％，是鋰離子電池的重要原材料之一；全球鋰電池負(fù)極材料銷(xiāo)量約十余噸，產(chǎn)地主要是中國(guó)和日本，根據(jù)現(xiàn)階段能源汽車(chē)增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)負(fù)極材料的需求也呈現(xiàn)一個(gè)增長(zhǎng)狀態(tài)；目前，全球鋰電池負(fù)極材料仍然以天然/人造石墨為主，新型負(fù)極材料如MCMB、鈦酸鋰、硅基負(fù)極、金屬鋰、硫基化合物、鈷基化合物等也在快速增長(zhǎng)中。

二硫化鈷作為鋰離子電池電極材料的一種，它的理論比容量高達(dá)870mAh/g，是石墨類負(fù)極材料的兩倍以上，且其導(dǎo)電性優(yōu)良、穩(wěn)定性好，環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，非常適合作為下一代高能量鋰離子電池電芯的負(fù)極材料；但是，該材料在充放電過(guò)程中體積的劇烈變化和不穩(wěn)定的SEI膜所帶來(lái)的的容量衰減過(guò)快也困擾了其大規(guī)模使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯，該銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯不僅能有效抑制充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)，增大電子的傳輸傳導(dǎo)性能，而且還能降低容量衰減的速率；此外銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯負(fù)極材料其循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)異，穩(wěn)定性能也高。

本發(fā)明另一目的在于提供了上述銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯的制備方法，該方法制作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量高，適合工業(yè)批量生產(chǎn)。

本發(fā)明再一目的在于提供了上述銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯的應(yīng)用，

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯，所述銻摻雜的二硫化鈷負(fù)載石墨烯是將石墨烯水合物加入到可溶性鈷鹽和硫化劑的混合水溶液中，經(jīng)攪拌后倒入銻鹽的有機(jī)溶劑中，隨后進(jìn)行超聲，并將所得的銻摻雜的混合溶液在100～300℃下反應(yīng)，然后隨爐冷卻，抽濾，冷凍干燥處理制得。

優(yōu)選地，所述的銻鹽為硝酸銻、硫酸銻、溴化銻、三氯化銻、硫化銻、五氯化銻或氫氧化銻中一種以上。

優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、甲苯、異丙醇、環(huán)氧丙烷，苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、環(huán)己烷、環(huán)己酮、甲苯環(huán)己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、環(huán)氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙腈、吡啶或苯酚中的一種以上。

優(yōu)選地，所述可溶性鈷鹽為氯化鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、硝酸鈷或上述鹽的水合物中的一種以上；所述硫化劑為硫化鈉、硫代乙酰胺或L-半胱氨酸中的一種以上。

優(yōu)選地，所述銻鹽與硫化劑的質(zhì)量比為(0.1～1.5)：1；所述石墨烯水合物、可溶性鈷鹽與硫化劑的質(zhì)量比為(1～10)：(0.1～1.2)：1。