[发明专利]一氧化钴/石墨烯复合物锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

一氧化钴/石墨烯复合物锂离子电池负极材料的制备方法，属于锂离子电池负极材料领域。本发明采用原位合成法，以乙酸钴作为钴源，氢氧化锂作为沉淀剂，水作为溶剂，利用氢氧化锂较高的沉钴率，采用简单的超声、搅拌和高温煅烧，制备了一氧化钴/石墨烯复合材料，产物中杂质极少。本发明操作便易，反应条件可控，所得的产物结构疏松，一氧化钴纳米颗粒粒径均一，且在石墨烯表面分散均匀。石墨烯导电性好，比表面积较大，而且有效缓解了一氧化钴在充放电过程中的体积效应；另一方面，一氧化钴纳米颗粒同时有效抑制了石墨烯在充放电过程中的破碎。其复合材料极大的改善了电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，特别是一氧化钴/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

目前已经商业化的锂离子电池负极材料主要为碳基材料，但碳基材料较低的比容量和安全性问题已经成为制约其进一步发展的技术瓶颈。

一氧化钴理论比容量为750 mAh/g，而且具有完全可逆的电化学反应特性。另一方面，一氧化钴负极材料的原材料资源丰富、成本低廉、安全性能好、无污染、制备容易等优点，具有良好的应用前景。但一氧化钴体积效应大，且在嵌脱锂过程中一氧化钴纳米颗粒存在少量的团聚，在充放电过程中循环稳定性差，制约了其作为锂离子电池负极材料的应用。虽然近几年来，通过制备纳米级的一氧化钴，其循环稳定性有所改善，但是其还没得到根本的解决。

发明内容

本发明的目的在于提出一种成本低廉、流程简单的一氧化钴/石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明的技术方案是：将石墨烯超声分散于去离子水中，搅拌条件下缓慢滴加乙酸钴水溶液，超声2 h后加入氢氧化锂水溶液，在升温、搅拌条件下进行反应，取反应后产物离心水洗、干燥，然后在惰性气体保护下进行煅烧，取得一氧化钴/石墨烯复合物锂离子电池负极材料。

本发明采用原位合成法，以乙酸钴作为钴源，氢氧化锂作为沉淀剂，水作为溶剂，利用氢氧化锂较高的沉钴率，采用简单的搅拌和高温煅烧，制备了一氧化钴/石墨烯复合材料。所得复合材料中杂质极少，一氧化钴的粒径为20～30 nm，均匀分散于石墨烯表面，且其结晶度好。另一方面，在众多的含碳材料中，石墨烯是一种理想的二维导电性基体，由于其较好的化学稳定性、极好的电子电导率和较大的比表面积，能有效地缓解材料在充放电过程中的体积变化。因此，石墨烯有效抑制了一氧化钴在充放电过程中的体积效应，其复合材料极大的改善了电池的循环性能。

本发明生成的混合物通过低速离心可与溶剂分离。LiOH作为沉钴剂，其沉钴率较高，沉淀产物中杂质极少，煅烧产物疏松，理化性能优异。本发明为制备纳米级一氧化钴/石墨烯锂离子电池负极材料提供了新方向。

本发明工艺的优点：1、本发明用LiOH作为沉钴剂，与乙酸钴反应生成一氧化钴前驱体并且均匀的分散于石墨烯表面，生成的混合物通过低速离心可与溶剂分离。LiOH作为沉钴剂，其沉钴率较高，沉淀产物中杂质极少，煅烧产物疏松，理化性能优异；2、所制备的一氧化钴颗粒粒径较小，均匀分散在石墨烯表面，有效抑制了石墨烯在充放电过程中的破碎；3、本发明制备成本低廉，设备要求简单，制备周期短。

进一步地，本发明所述乙酸钴水溶液中乙酸钴的浓度为60 mmoL/L，氢氧化锂水溶液中氢氧化锂的浓度为0.5 moL/L。在此浓度下，所合成的一氧化钴产物纯度较高，没有杂质。

另外，所述石墨烯与乙酸钴的投料质量比为1∶10～30。在该质量比下，可有效提高所合成的一氧化钴颗分布在石墨烯表面的均匀性。

所述乙酸钴水溶液的滴加速度为0.5 mL/min。在此滴加速度下，乙酸钴可充分分散于石墨烯表面。

加入所述氢氧化锂水溶液后升温至80 ℃进行反应。在此温度下，乙酸钴生成一氧化钴前驱体均匀分散于石墨烯表面。

所述干燥温度为50～60 ℃。在此温度下干燥，可有效保留石墨烯的结构。