[發明專利]負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210449913.6
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114551892B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陳鵬;宋遠強;揭斌勇;付際
• 申請（專利權）人: 浙江清華柔性電子技術研究院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 儲照良

本發明涉及一種負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料及其制備方法和應用。所述復合材料包括石墨烯以及負載在所述石墨烯表面的CoNb₂O₆材料，其中，所述CoNb₂O₆材料包括至少一個主干以及自所述主干向外延伸的多個分支。該復合材料通過石墨烯的表面限制，誘導生長具有獨特的主干?分支結構、高結晶度的CoNb₂O₆材料，使該復合材料具有高容量、優異的循環穩定性和電化學性能，作為鋰離子電池的負極材料具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，特別是涉及一種負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

為了滿足電動汽車、航空航天等領域的大倍率儲能的新需求，研究出新型的高比容量、同時具有穩定的循環性能和低成本的鋰離子電極材料有著戰略性的意義。其中，負極材料對鋰離子電池的比容量、循環性能以及安全性能等都有至關重要的影響。

鋰離子電池中廣泛應用的負極材料有人造石墨和天然改性石墨等碳類負極材料以及立方尖晶石結構的鈦酸鋰(LTO，Li₄Ti₅O₁₂)。但是，碳類負極材料在充放電過程中，存在可逆容量和倍率性能不佳、易形成鋰枝晶等問題。而LTO材料雖然具有零應變、穩定的循環性能以及高熱穩定性等優點，但因其材料本身為絕緣體，電子電導率和離子電導率較低，導致其倍率性能較差。與碳類負極材料和LTO材料相比，鈮基氧化物在鋰離子的插入和脫嵌過程中不會發生相變，將鈮基氧化物作為負極材料具有充放電穩定、響應時間短等優點。但是，鈮基氧化物仍然存在理論容量較低、導電性較差等問題，因此仍需進一步探索性能更好的鋰離子電池負極材料。

發明內容

基于此，有必要針對上述問題，提供一種負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料及其制備方法和應用；該復合材料通過石墨烯的表面限制，誘導生長具有獨特的主干-分支結構、高結晶度的CoNb₂O₆材料，使該復合材料具有高容量、優異的循環穩定性和電化學性能，作為鋰離子電池的負極材料具有良好的應用前景。

一種負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料，所述復合材料包括石墨烯以及負載在所述石墨烯表面的CoNb₂O₆材料，其中，所述CoNb₂O₆材料包括至少一個主干以及自所述主干向外延伸的多個分支。

在其中一個實施例中，所述主干與任一所述分支的夾角均為58°-62°。

在其中一個實施例中，所述主干的長度為1μm-6μm，所述分支的長度為0.2μm-5μm。

本發明所述負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料中，負載在石墨烯表面的CoNb₂O₆材料具有獨特的主干-分支結構，一方面，CoNb₂O₆材料具有高結晶度，其交錯的2D通道中存在大量可以儲鋰的位點，使其容量大、能量密度高；另一方面，CoNb₂O₆材料具有較大的比表面積，有利于CoNb₂O₆材料暴露出更多的活性位點，提高了負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料的電化學性能。

同時，具有主干-分支結構的CoNb₂O₆材料與石墨烯層間構成互通的三維空間結構，并且石墨烯為CoNb₂O₆材料提供了結構支撐，使CoNb₂O₆材料在充放電過程中不易產生粉化、脫落等問題，進一步提升了負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料的循環穩定性和電化學性能。

一種如上所述的負載鈮酸鈷氧化物的石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：