[发明专利]石墨烯/钴基配合物锂电负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/钴基配合物锂电负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。由于氧化石墨烯存在许多含氧官能团和缺陷，加入钴盐后钴离子会附着在氧化石墨烯表面，再加入三乙烯二胺，三乙烯二胺和钴离子配位，生成石墨烯原位复合的钴基配合物锂电负极材料。以该方法制备的电极材料具有优异的锂电性能，且制备工艺简单安全，成本低廉，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种石墨烯原位复合钴基配合物锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

自二十世纪九十年代锂离子电池商业化以来，它极大的改变了我们的生活方式。电动汽车以及智能电网的发展推动了电极材料的研究，现在人们致力于开发低成本、可持续、可再生、安全、高能量的锂离子电池电极材料。其中，金属配合物具有可调谐的孔道，巨大的比表面积，可以容纳多个电子的金属中心和功能配体等优势，被认为是具有潜力的锂离子电池负极材料。专利（CN 107611439 A）中公开了以镁-奈二酰亚胺作为锂离子电池负极材料，但是以此金属配合物作为电极材料，首圈库伦效率和容量都较低，循环性能差。石墨烯具有原子级的厚度，表现出了独特的电子特性，具有优异的物理化学特性。氧化石墨烯的表面有许多羟基和羰基等功能基团，这些官能团使单个薄片具有水溶性，除去这些官能团会导致絮凝和沉淀，但是通过化学还原氧化石墨烯上的含氧官能团可以提高其导电性。因此金属配合物与还原氧化石墨烯复合是金属配合物改性的有效途径。复合后可以提高金属配合物的导电性，石墨烯可以缓冲充放电过程中的体积膨胀，从而提高循环稳定性。文献1（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 7160−7168）报道了一种石墨烯负载的钴基配合物，其配体为五氨基间苯二甲酸，但是此电极材料在2A/g的电流密度下，容量为430 mA hg^-1，在0.5 A/g的电流密度下，循环120圈后容量为639 mA h g⁻¹，倍率性能和循环性能较差。

发明内容

针对金属配配合物锂电负极材料容量低循环稳定性差等问题，本发明的目的是提供一种石墨烯/钴基配合物锂电负极材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种石墨烯/钴基配合物锂电负极材料及其制备方法，石墨烯与钴基配合物复合的方式为原位复合，包括以下步骤：

Sp.1 将钴盐溶液加到氧化石墨烯分散液中，混合均匀，加入三乙烯二胺（DABCO）溶液，继续混合均匀，将所得混合溶液进行水热反应；

Sp.2所得产物离心洗涤、干燥得到石墨烯/钴基配合物锂电负极材料。

作为一种改进，Sp.1中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-2.0 mg/mL，氧化石墨烯分散液的分散剂为DMF。

作为一种改进，Sp.1中，钴盐溶液的溶质为六水合硝酸钴、四水合乙酸钴或六水合氯化钴中任意一种，溶剂为DMF，浓度为0.1~0.2mmol/mL。

作为一种改进，Sp.1中，三乙烯二胺（DABCO）溶液的溶剂为DMF，浓度为0.2~0.4mmol/mL。

作为一种改进，Sp.1中，钴盐与DABCO的摩尔比为1:2；氧化石墨烯的质量为钴盐与DABCO总质量的2%-8%。

作为一种改进，Sp.2中，水热反应的温度为110-170℃，反应时间为12-36 h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：