[发明专利]一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种氧化铝‑石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法，具体为：将Al(NO₃)₃·9H₂O和C₆H₁₂N₄、氧化石墨烯溶液，去离子水并搅拌混合形成悬浊液，然后转移到水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在80~160℃水热反应10h~24h，自然冷却至室温，将沉淀置于60~80℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在300~400℃烧结3~5h，即得到氧化铝‑石墨烯复合材料。本发明首次将氧化铝‑石墨烯复合材料应用于锂离子电池负极。该合成工艺简单易于操作，材料制备成本低廉；所得样品结晶性能良好，纯度高，尺寸均匀；电化学性能测试显示其具有明显的充、放电平台和较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种新型锂离子电池负极，特别涉及一种氧化铝-石墨烯复合材料的制备方法，属于电化学电源领域。

背景技术

能源是支撑整个人类文明的物质基础。随着社会经济的高速发展，人们对能源的依存度不断地提高。目前，传统的化石能源如煤、石油、天然气等被大量的开发使用，大气污染、温室气体的排放等问题日益突出，直接影响了人们的生活。伴随着日益严重的能源危机和环境污染，改变现有不合理的能源结构是人类可持续发展所面临的首要问题。因此，寻找可再生的清洁环保替代能源迫在眉睫。目前开发利用的风能、水能、太阳能等可再生清洁能源具有随机性和间歇性，因此发展高性能储能设备又是一个新的挑战。

锂离子电池作为一种高性能的储能设备，因其所具有的高比容量、高循环性能、环境友好、无记忆效应等优点，在目前储能市场占据了主导地位，已广泛地运用于便携式电子设备及动力汽车中。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨类碳材料，其较低的理论容量及可能存在的锂枝晶析出的安全隐患是制约其发展的关键，开发新型锂离子电池负极材料尤为迫切。类似于其他过渡族金属氧化物，氧化铝有望作为一种转换型负极材料。基于氧化/还原反应储锂机理，其理论容量较高，同时，其较低的弗莱德电位表明其具有较低的充/放电平台，这有利于提升锂离子电池的能量密度。目前，氧化铝作为锂离子电池负极材料的电化学性能尚未见报道。主要原因在于，其导电性较差，严重抑制了其储锂活性。基于以上背景，本专利采用水热及烧结方法制备氧化铝与石墨烯均匀复合的氧化铝-石墨烯复合材料，以其作为锂离子电池负极材料显示了明显的充放电平台及良好的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的在于以Al(NO₃)₃·9H₂O、C₆H₁₂N₄、氧化石墨烯为原料，通过水热及烧结制备氧化铝-石墨烯锂离子电池复合负极材料。其原理就是利用C₆H₁₂N₄的含氨基团与氧化石墨烯的表面官能团进行结合，随后含氨基团与铝离子结合并原位分解，促进羟基氧化铝形成的同时对氧化石墨烯进行原位还原。最终将水热反应得到的前驱体在高温下退火得到氧化铝与石墨烯均匀复合的氧化铝-石墨烯复合材料。石墨烯能够显著提升复合材料导电性，该复合材料作为锂离子电池负极材料显示了较好的电化学性能。