[发明专利]一种锂离子电池负极材料的制备及其应用

说明书

本发明提出一种三维石墨烯复合材料的制备工艺及其应用，具体的，将水热法制备的石墨烯水凝胶置于电解槽中，在电泳的过程中，离子定向移动进入石墨烯水凝胶内部，由于水热后得到的石墨烯水凝胶本身带有一定的含氧官能团，其可以作为活性点与镍盐形成铆接，该方法使得三维石墨烯在水热过程中不受镍盐的影响，更好的保持其网络结构；此外，实验过程中还可以通过调整盐的浓度以及电泳时间来控制NiO的含量，简单高效；三维石墨烯/NiO结构提高了NiO的导电性，缓冲了NiO在充放电过程中的体积效应，此外，网络状电极的结构也有利于提高电解液浸润性，从而提高电池电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的负极材料。

背景技术

能源危机是当前人类社会面临的最重要问题之一，新型清洁能源的收集、存储和搬运备受全社会关注。锂离子电池作为电能转化和储存的重要媒介，具有能量密度高、循环稳定性好、工作电位窗口宽、安全性高、环境友好等优点，广泛应用于便携式电子产品、大规模储能和电动汽车等领域。随着新能源汽车的快速发展，续航里程的提高对电池的能量密度提出了更高的要求。

为了提高锂离子电池的能量密度和功率密度，目前开发了各种不同高容量负极材料，如过渡金属氧化物、硅基材料和锡基材料等，但这些材料在充/放电过程中体积变化大，导致电池的循环性能急剧下降。与上述负极材料相比，新型碳材料石墨烯由于其优异的导电性、超高的比表面积和稳定的机械强度等优点，而被认为是理想的锂离子电池负极材料。但是未经改性的石墨烯负极材料在充/放电过程中没有稳定的放电电压平台，有电压滞后现象，很容易发生团聚和层叠，产生不溶于电解液的钝化膜，导致石墨烯的比表面积利用率降低，储锂的活性位点以及可逆容量减少，也是不可避免的缺陷。三维石墨烯克服了二维石墨烯易堆栈、普通三维石墨烯稳定性差的缺陷，并且在能源存储方面亦显示出了优异的潜能，但是将石墨烯单独作为负极材料的效果也并不尽如人意。将石墨烯与其他负极材料复合使用是目前比较实际的选择。目前三维石墨烯与其他复合材料(如金属氧化物)复合的方法主要为两大类：(1)直接将金属氧化物前驱体与GO水热，然而，水热过程复杂，二者同步水热使得水热过程受到前驱体的影响，复合孔径结构无法得到有效调控；(2)将制备得到的三维氧化石墨烯浸润于金属氧化物前驱体中，但是，该方法的缺点在于，前驱体溶液无法有效的浸润到石墨烯内部。氧化镍(NiO)具有理论容量高(718mAh·g-1)、原料来源丰富和合成材料成本低的优点。与其他过渡金属氧化物类似，氧化镍的导电性和稳定性差，充放电过程中体积变化较大，导致材料的电化学性能变差、容量衰减快。

发明内容

为解决以上问题，本申请提出一种锂离子电池负极三维石墨烯复合材料的制备方法，其制备步骤如下：将氧化石墨烯分散于水溶液中，水热得到石墨烯水凝胶；将石墨烯水凝胶置于装有Ni盐的电解槽中，接通电源开始电泳一定的时间，取出；将水凝胶冷冻干燥12h，在300-400惰性气氛下煅烧1-3h，得到三维石墨烯/NiO复合材料。

优选的，惰性气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中的任意一种或几种的混合；

优选的，镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍或氯化镍；

优选的，所述的水热反应时间为12～20h；

优选的，烧结的升温速率在1～2℃/min；

优选的，电泳时间为10-20min；

优选的，镍盐浓度为0.1-0.3mol/L；

本发明内容还包括所述的三维石墨烯/NiO复合物在制备锂离子电池中的应用。