[发明专利]机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料

说明书

本发明提供了一种机械化学聚合法制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料，其特征在于，包括以下步骤：将石墨和金属氧化物前驱体作为原料加入到机械化学反应器中，通过一步机械化学反应得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。本发明中金属氧化物前驱体为多功能试剂，一方面其作为离子插层剂，在机械力作用下促进石墨剥离制备石墨烯，另一方面，金属盐同步发生机械化学反应，在石墨烯表面原位生成金属氧化物，得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料，从而将制备石墨烯、原位负载金属氧化物等多个过程一步完成，简化了制备流程提高了石墨烯/金属氧化物复合材料制备效率。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料。

技术背景

伴随着电子设备例如手机、电动工具、电动公交车、电动汽车等需求快速增长，使用方对高能量密度、高功率密度的储能设备需求也快速增长。超级电容器与传统电容器相比有相对高的能量密度，与电池相比有较高的功率密度是性能优越的储能器件之一。超级电容器分为双电层储能电容器与赝电容储能电容器两种，其中赝电容储能电容利用电极材料表面氧化还原反应可以提供更高的能量密度受到工业界广泛关注。锂离子电池同样也是一种性能优异的储能器件，其因具有高能量密度的特性受到人们的青睐。

金属氧化物作为储能材料具有其优异的性能，例如可以发生氧化还原反应提高比电容，可以提高储层锂离子的能力等，但是它们都有导电性能不高的缺陷，这阻碍了金属氧化物储能性能的提高。由于石墨烯具有优异的导电性能与高比表面积，将其与金属氧化结合制备石墨烯/金属氧化物复合材料是得到高性能储能电极材料的可行方法。中国专利[CN102185139 A]使用超声分散法将氧化石墨烯分散成纳米片层并与金属盐溶液充分混合，经还原、干燥、煅烧后制得纳米金属氧化物/石墨烯复合材料。该方法要预先制备氧化石墨烯，然后与金属盐混合制备氧化石墨烯/金属氧化物复合材料随后还需经过煅烧还原，整个过程耗能费时而且不环保。中国发明专利[CN 108022760 A]先通过电解方法制备得到石墨烯，然后将石墨烯与铑离子、锡离子和钴离子的混合盐溶液混合，干燥后220℃～300℃条件下煅烧，得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。该方法需要提前制备石墨烯，而且电化学制备石墨烯有过程复杂，产量小等缺点。中国发明专利[CN 104701035 A]先配制氧化石墨烯悬浊液，分别以非金属氧化物、金属氧化物和/或多金属氧化物为前躯体，将两种物质搅拌混合均匀后移入水热反应釜中，保持一定温度数小时得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。该方法使用较贵的氧化石墨烯作为原料同事水热合成规模小也不利于规模化生产。中国发明专利[CN 105719850 A]先制备出氧化石墨烯与聚吡咯复合物，然后与双金属盐前驱体复合通过水热得到石墨烯/聚吡咯/双金属氢氧化物复合电极材料。以上专利方法都需要单独制备石墨烯，然后与金属氧化物前驱体复合，再还原石墨烯等复杂过程，不利于石墨烯/金属氧化物复合储能电极材料高效与规模化制备的要求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料，将制备石墨烯、分散石墨烯与石墨烯负载金属氧化物等多个过程一步完成，简化了制备流程提高了石墨烯/金属氧化物复合材料的制备效率。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料，其特征在于，包括以下步骤：将石墨和金属氧化物前驱体作为原料加入到机械化学反应器中，通过一步机械化学反应得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。

优选地，本发明提供的机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料，还可以具有以下特征：在机械化学反应中，机械能的施加方式为：球磨、砂磨、研磨、挤出、剪切中的一种或几种联用。机械化学反应器可采用球磨机、双螺杆挤出机、三棍研磨机等。

优选地，本发明提供的机械化学法原位制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料，还可以具有以下特征：在机械化学反应中，机械能的作用时间为0.5～12h。