[发明专利]四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将氧化石墨加入水中，经超声分散后制得氧化石墨的悬浮液；

向所述氧化石墨的悬浮液中加入氢氧化钴，超声混合均匀并使氧化石墨剥离成氧化石墨烯，再加入碳纳米管，超声混合均匀，得到的氢氧化钴-氧化石墨烯-碳纳米管悬浮液，其中，氧化石墨、氢氧化钴与碳纳米管的质量比为10:4～20:1～10；

对所述氢氧化钴-氧化石墨烯-碳纳米管悬浮液进行过滤处理，干燥后得到氢氧化钴-氧化石墨烯-碳纳米管复合材料；

将所述氢氧化钴-氧化石墨烯-碳纳米管复合材料置于保护性气体氛围中，以15～25℃/分钟的加热速率加热至500～700℃，并在最终温度下保持0.5～2小时，使氧化石墨烯热还原为石墨烯并使氢氧化钴分解为四氧化三钴，得到所述四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料。

2.如权利要求1所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨通过如下步骤制备得到：

将纯度不低于99.5%的石墨加入至浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在0℃下搅拌混合均匀，再向混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌反应使石墨初步氧化，再将反应体系加热至85℃使石墨完全氧化，最后向反应体系中加入过氧化氢溶液除去过量的高锰酸钾，抽滤，依次用稀盐酸和去离子水对得到的固体物进行洗涤，干燥后得到所述氧化石墨。

3.如权利要求2所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的质量浓度为98%，所述浓硝酸的质量浓度为65%，所述过氧化氢溶液的质量分数为30%，每克所述石墨对应85～95mL浓硫酸、24～25mL浓硝酸、4～6g高锰酸钾及6～10mL过氧化氢。

4.如权利要求1所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨的悬浮液中氧化石墨的浓度为0.5～1mg/mL。

5.如权利要求1所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，两步超声混合过程中的超声功率为500～800W，超声时间均为1～3小时。

6.一种采用如权利要求1～5中任一项所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法制备得到的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料。

7.一种锂离子电池，包括在壳体内设置的正极片、隔膜和负极片以及填充在所述壳体内的电解液，所述隔膜位于所述正极片与所述负极片之间，所述负极片包括集流体以及涂覆在所述集流体上的电极浆料，其特征在于，所述电极浆料包括混匀的粘结剂、导电剂以及如权利要求6所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料。

8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液中的电解质为LiPF₆，LiBF₄，LiTFSI或LiFSI，溶剂采用碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯及乙腈中的至少一种，所述电解液中电解质的浓度为1mol/L。

9.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片为锂片；所述集流体为铜箔、铝箔或镍箔；所述粘结剂为丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠的混合物；所述导电剂为乙炔黑、活性炭或炭黑；所述四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料、所述粘结剂及所述导电剂的质量比为85:5:10。

10.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将权利要求6所述的四氧化三钴-石墨烯-碳纳米管复合材料、粘结剂与导电剂混合均匀，得到电极浆料；

将所述电极浆料涂覆在集流体上，干燥后切片得到负极片；

将负极片、隔膜及正极片叠片设置组装成电芯，所述隔膜位于两个所述电极片之间，再用壳体封装所述电芯，注入电解液，得到所述锂离子电池。