[发明专利]一种空心球硫化钴/石墨烯复合材料的制备方法与应用

说明书

一种空心球硫化钴/石墨烯复合材料的制备方法与应用。本发明制备方法首先采用甘油和六水硝酸钴制得呈实心球的钴‑甘油配合物，然后采用表面电荷改性剂改变其表面电性，再与石墨烯混合并附着在石墨烯表面，最后加入硫代酰胺，与附着在石墨烯表面的钴‑甘油配合物发生水热反应，在钴扩散的同时进行硫化，在石墨烯上原位形成空心球结构，得到呈空心球状的硫化钴/石墨烯复合材料，本发明方法操作简单，成本低。采用本发明方法制备的复合材料用于组装电池，使得该电池具备优异的循环稳定性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种空心球硫化钴/石墨烯复合材料的制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和无毒性的优点，使其成为便携式电子设备和电动汽车的首要电源选择。不过，锂离子电池常使用的石墨基负极材料的低理论比容量、低安全性和较差倍率性能限制了石墨负极进一步应用，已不能满足人们对锂离子电池的需求。

相比传统石墨负极而言，金属硫化物具有更高可逆比容量，更大能量密度和优异安全性能，是锂离子电池负极材料的理想材料。但金属硫化物作为负极材料应用过程中面临较差的本征电子导电率和较慢的锂离子迁移速率以及在锂离子脱嵌过程中会发生体积膨胀等问题，严重限制了金属硫化物在锂离子电池中的应用。为了使金属硫化物能更好地满足新一代能源电池的需求，目前，通过结构中空化和石墨烯包覆来推进金属硫化物的实际应用。

中空结构的电极材料可以增大电极和电解液接触界面，提供更多的可接触位点，增加比容量和减少物质和电荷转移路径。另外，内中空结构可以组织体积膨胀引起结构坍塌和缓解由锂离子脱嵌过程导致压力效应。虽然具备二维纳米结构的石墨烯具有高的电化学性能、热稳定性与大的比表面积，对电池电极材料的电化学性能可以起到很好地增强作用，但是，本征石墨烯在电子领域的应用严重受限于它的零带隙特性。

CN108147472A公开了一种空心硫化钴微球催化剂的制备方法，通过将钴源和硫源加入反应釜中进行水热反应所得空心微球。但其制备球型为微米级，结构容易受到破坏，增加锂离子扩散距离，扩大电阻效应，不适用于制备好的电极材料。

CN103214041A公开了一种自组装型各种形貌的硫化钴电极材料的制备方法，通过硫源、钴源和多种溶剂进行水热反应制备不同形貌的电极材料。但其制备电极材料仍是导电性能差，体积膨胀效应严重，不适用于锂离子电池。

CN108598427A公开了一种包覆还原氧化石墨烯提高硫化钴充放电循环能力的方法，此发明工艺复杂、流程多，制备出硫化钴容易团聚而使理论比容量未能充分发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供一种空心球硫化钴/石墨烯复合材料的制备方法与应用。本发明制备方法操作简单、成本低，能够成功制备导电性能优异的空心硫化钴/石墨烯复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种空心硫化钴/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将六水硝酸钴和甘油加入异丙醇中，进行水热反应，得到钴-甘油配合物；

（2）将步骤（1）得到的钴-甘油配合物分散于醇类溶剂中，然后加入表面电荷改性剂，在超声条件下进行电荷改性，得到表面带负电的钴-甘油配合物；

（3）将氧化石墨烯均匀分散于醇类溶剂中，然后加入步骤（2）所得表面带负电的钴-甘油配合物，超声分散，得到混合溶液；

（4）将硫代乙酰胺加入步骤（3）所得的混合溶液中，进行水热反应，得到空心球硫化钴/石墨烯复合材料。