專利名稱：碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用，尤其涉及一種二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用。屬于材料科學(xué)和電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源與環(huán)境問題的日益凸顯，新能源產(chǎn)業(yè)得到了越來越多的重視?；旌蟿恿ζ嚭碗妱悠囆袠I(yè)發(fā)展迅速，鋰離子電池作為其中重要的儲能裝置被廣泛應(yīng)用。鋰離子電池有著能量密度高，循環(huán)性能好等一些優(yōu)良的性能，也被認為是目前最有效的能源存儲方式之一，因此，進一步提高其能量密度和循環(huán)性能也是當(dāng)下研究的難點和熱點。鋰離子電池的負極是電池的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)與性能直接影響鋰離子電池·的容量和循環(huán)性能。目前商用的鋰離子電池負極材料以石墨為主，石墨成本低，來源廣泛，適于商品化；但是其容量較低，理論容量僅為372^1^-1,在需要高能量輸出的領(lǐng)域中應(yīng)用時受到限制。金屬氧化物如Fe304、SnO2等作為鋰離子電池負極材料具有很高的比容量，其比容量高達700-1000mAh g—1 ;但大部分金屬氧化物，尤其是SnO2作為電極材料在充放電過程中體積變化高達200-300%，該體積變化會引起電極的粉化，導(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體的斷路。因此，大多數(shù)金屬氧化物作為鋰離子電池電極時都存在容量衰減迅速的問題，這也限制了金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料的發(fā)展和實際應(yīng)用。目前，為拓展金屬氧化物在鋰離子電池負極材料中的應(yīng)用，科研工作者們針對金屬氧化物存在的這些問題進行了深入的研究，例如對電極材料進行改性，包括包覆、摻雜、復(fù)合以及納米材料的制備，通過這些方法來提高電極材料的性能，特別是在金屬氧化物與碳材料進行納米尺度的復(fù)合，制備出新型的納米結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)成為目前研究的熱點。碳材料有著其獨特的優(yōu)良性能穩(wěn)定性、導(dǎo)電性好,質(zhì)輕；使其可以作為良好的金屬氧化物的載體，通過吸收金屬氧化物在鋰離子電池充放電過程中的體積變化應(yīng)力，從而增強金屬氧化物的循環(huán)性能。因此，將碳材料和金屬氧化物進行結(jié)合構(gòu)造出的新型納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料作為鋰離子電池的負極材料，有望顯著提高鋰離子電池的性能，并且對于其拓展應(yīng)用也具有深遠意義。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能增強金屬氧化物循環(huán)性能的二維碳包覆的復(fù)合材料。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。具體地，采用單層碳原子結(jié)構(gòu)的二維石墨烯作為載體，酚醛樹脂或多糖類作為碳源前驅(qū)體，制備出二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆的石墨烯基金屬氧化物納米復(fù)合材料。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題一方面，本發(fā)明提供了一種具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的制備方法采用兩步法合成具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料。首先，將氧化石墨烯表而功能化，然后采用金屬氯化物在功能化的石墨烯表面水解，通過原位生長法得到石墨烯基金屬氧化物納米片；其次，通過在該納米片表面聚合一層高分子聚合物來包覆其表面的金屬氧化物顆粒；最后，通過煅燒碳化，得到碳包覆的二維殼核架構(gòu)的復(fù)合材料。在本發(fā)明中，制備具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的具體方法包括如下步驟步驟一、制備石墨烯基金屬氧化物納米片首先，在濃度為O. 2-lmg/mL的氧化石墨烯(GO)水溶液中加入聚二烯二甲基氯化 銨(TODA)的水溶液，超聲混合均勻；其次，向上述分散液中加入金屬氯化物后，在60_90°C保溫1-5小時；最后，將上述反應(yīng)后的溶液離心，用去離子水洗滌，重復(fù)離心、洗滌操作多次，將得到的固體分散于去離子水中待用。步驟二、制備碳包覆的石墨烯基金屬氧化物納米片首先，向上述石墨烯基金屬氧化物納米片的分散液中加入碳源前驅(qū)體的水溶液，然后進行催化聚合或直接水熱碳化處理；其次，將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，并用去離子水進行反復(fù)離心洗滌多次，將得到的固體經(jīng)過干燥、煅燒，最終得到碳二維殼核結(jié)構(gòu)的包覆石墨烯基金屬氧化物的復(fù)合材料。其中，所述金屬氯化物優(yōu)選為氯化亞錫(SnCl2 · 2H20)或氯化亞鐵(FeCl2 · 4H20)。在本發(fā)明的具體實施方式
中，當(dāng)金屬氯化物為氯化亞錫，優(yōu)選在向分散液中加入金屬氯化物之前先向分散液中加入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH至1-3 ;然后在劇烈攪拌條件下加入金屬氯化物后，再在60 90°C保溫1-5小時。在本發(fā)明的具體制備方法中，步驟一中氧化石墨烯與TODA的用量比(質(zhì)量)優(yōu)選為I : 4-16 ;更優(yōu)選地，氧化石墨烯與TODA的用量比(質(zhì)量)為I : 8。在具體實施時，步驟一中所添加的金屬氯化物與氧化石墨烯的質(zhì)量比優(yōu)選為15-60 I ;更優(yōu)選地，所添加的金屬氯化物與氧化石墨烯的質(zhì)量比為30 I。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，石墨烯基金屬氧化物納米片在去離子水中的分散液的濃度優(yōu)選為O. 5-lmg/mL。在本發(fā)明的制備方法中，步驟二中對納米片進行包覆時，采用前驅(qū)體進行聚合或水熱碳化包覆。當(dāng)使用前驅(qū)體進行聚合包覆時，所述前驅(qū)體優(yōu)選為苯酚類化合物和甲醛，如苯酚和甲醛、或間苯二酚和甲醛。當(dāng)使用前驅(qū)體進行水熱碳化包覆時，所述前驅(qū)體優(yōu)選為葡萄糖。當(dāng)前驅(qū)體為苯酚類化合物與甲醛時，向石墨烯基金屬氧化物納米片的分散液中加入前驅(qū)體的水溶液后，在80-100°C油浴攪拌15-30min，然后加入催化劑進行催化聚合，加完保溫10-24小時。其中，所述催化劑優(yōu)選為氫氧化鈉或碳酸鈉。
優(yōu)選地，石墨烯基金屬氧化物納米片(以氧化石墨烯計)與苯酚類化合物的質(zhì)量比為I : 10-30，更優(yōu)選地，石墨烯基金屬氧化物納米片(以氧化石墨烯計)與苯酚類化合物的質(zhì)量比為I : 20。當(dāng)前驅(qū)體為葡萄糖時，直接向石墨烯基金屬氧化物納米片的分散液中加入葡萄糖，混合均勻后，將混合溶液裝入水熱釜，并放入120-180°C烘箱進行水熱反應(yīng)。優(yōu)選地，石墨烯基金屬氧化物納米片(以氧化石墨烯計)與葡萄糖的質(zhì)量比為I 75-200。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，步驟二得到的產(chǎn)物在60°C干燥10-16小時，并在經(jīng)N2保護下于500°C煅燒1-3小時。在本發(fā)明中，采用前驅(qū)體進行聚合對納米片進行包覆時，所述酚醛之間的聚合反應(yīng)為本領(lǐng)域常用的聚合反應(yīng)，其中甲醛與苯酚類化合物的用量比列為酚醛樹脂合成的常用比例，其催化劑的用量也為本領(lǐng)域酚醛樹脂合成的常用量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際 需要調(diào)節(jié)酚醛以及催化劑的用量，對此沒有特別限制。在本發(fā)明的制備方法中，將金屬氧化物顆粒負載在石墨烯表面，一定程度上抑制了其顆粒的團聚，增大比表面積，從而提高材料的容量。同時在這種二維的材料表面包覆一層碳，可以吸收金屬氧化物如氧化錫顆粒在充放電過程中的體積變化，抑制其顆粒的粉碎和脫落，從而大大的提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，碳包覆層的加入可以提高整個電極材料的導(dǎo)電性，實現(xiàn)電子的快速傳遞，從而使得材料具有高的倍率性能。另一方面，本發(fā)明還提供了一種具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用。本發(fā)明的具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料優(yōu)選應(yīng)用在鋰離子電池負極材料中。本發(fā)明的二維碳包覆結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料時，可以在提高負極材料容量的同時還增強其循環(huán)性能。在本發(fā)明的具體實施方案中，鋰離子紐扣式半電池以如上所述具有二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料為負極材料，正極為金屬鋰，電解液為六氟磷酸鋰溶液的碳酸乙酯或碳酸二甲酯溶液。本發(fā)明采用單層碳原子結(jié)構(gòu)的二維石墨烯作為載體，酚醛樹脂或糖類作為碳源前驅(qū)體，通過簡單的兩步法制備出二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆的石墨烯基金屬氧化物納米復(fù)合材料。該方法有著工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優(yōu)點。通過本發(fā)明方法得到的金屬氧化物納米顆粒均勻地負載在石墨烯片上，并很好的包覆在碳包覆層內(nèi)。經(jīng)電化學(xué)測試證明，所制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；實驗證明，在200πιΑΡ的充放電流下制得的二氧化錫材料的放電比容量可達到SOOmAh g_\四氧化三鐵材料放電比容量可達QSOmAhg'因此，本發(fā)明為金屬氧化物在電化學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了很好的實驗數(shù)據(jù)和理論支持。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的實施例1-2的石墨烯基金屬氧化物納米片的形貌圖；其中，a、c分別為實施例1、2的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，b、d分別為實施例1、2的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。圖2是本發(fā)明的實施例1-3的碳包覆石墨烯基金屬氧化物納米片的形貌圖；其中，a、c分別為實施例1、3的TEM圖像，b為實施例2的SEM圖像。圖3是本發(fā)明的實施例I的石墨烯基二氧化錫及碳包覆的石墨烯基二氧化錫復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的循環(huán)性能圖。圖4是本發(fā)明的實施例I的石墨烯基二氧化錫及碳包覆的石墨烯基二氧化錫復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的倍率性能圖。圖5是本發(fā)明的實施例2的石墨烯基四氧化三鐵及碳包覆的石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的循環(huán)性能圖。 圖6是本發(fā)明的實施例2的石墨烯基四氧化三鐵及碳包覆的石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的倍率性能圖。
具體實施例方式實施例中聚二烯二甲基氯化銨水溶液的質(zhì)量百分比濃度均為20%。實施例I第一步、制備石墨烯基二氧化錫納米片(I)向O. 2mg/mL氧化石墨烯的水溶液(60mL)中加入20%聚二烯二甲基氯化銨的水溶液(O. 5mL),超聲,形成混合均勻的分散液；其中，分散液中氧化石墨烯與聚二烯二甲基氯化銨的質(zhì)量用量比為I : 8。(2)向上述分散液中加入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH至2 ;在劇烈攪拌下加入氯化亞錫(SnCl2 · 2H20)，加完在90°C保溫一小時，冷卻；其中，添加的SnCl2 · 2H20與氧化石墨烯的質(zhì)量用量比為30 : I。(3)將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，用去離子水洗滌，重復(fù)離心、洗滌操作三次，得到黑色固體，即為石墨烯基二氧化錫納米片，該石墨烯基二氧化錫納米片的SEM、TEM照片分別如圖la、lb所示。將得到的固體分散于去離子水中待用，其濃度為O. 6mg/mL(按氧化石墨烯計算)。第二步、制備碳包覆的石墨烯基二氧化錫納米片(I)取50mL上述制備的石墨烯基二氧化錫納米片的分散液置于錐形瓶中，向該分散液中加入苯酚和甲醛的水溶液，90°C油浴攪拌30min，然后加入氫氧化鈉進行催化聚合，并保溫12小時，冷卻；其中，氧化石墨烯與苯酚的用量質(zhì)量比為I : 20，甲醛相當(dāng)于苯酚大大過量；氫氧化鈉的用量為IOOmg ；(2)將上述反應(yīng)后的溶液離心，用去離子水進行反復(fù)離心洗滌多次，將得到的固體經(jīng)過60°C干燥12h、在經(jīng)N2保護下500°C煅燒2h，最終得到碳二維殼核結(jié)構(gòu)包覆的石墨烯基二氧化錫復(fù)合材料，該碳包覆石墨烯基二氧化錫納米片的TEM照片如圖2a所示。以所得復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料組裝成鋰離子紐扣式半電池(對電極為金屬鋰)，對該鋰離子紐扣式半電池進行電化學(xué)測試，其循環(huán)性能圖、倍率性能圖分別如圖3、4所示。
其中，GNOSnO2 Charge> GNiSnO2 Dicharge分別為石墨烯基二氧化錫作為鋰離子電池負極材料的充、放電圖、GN@Sn02@CPF Charge、GNiSn02iCPFDischarge分別為碳包覆的石墨烯基二氧化錫復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的充、放電圖。從圖3中可以看出該二維碳包覆的復(fù)合材料顯示出了較高的容量(800mAh g—1)，以及非常優(yōu)越的循環(huán)性能。其在100圈循環(huán)以后依然保持著800mAh g—1的容量，而未進行碳包覆的材料容量則從前十圈的8OOmAh g_1降到了僅200mAhg'由圖4可知,碳包覆后的材料在5000mAg<的大電流下依然保持有260mAh g—1的容量，這對二氧化錫材料來說是非常優(yōu)異的倍率性能。實施例2第一步、制備石墨烯基氧化鐵納米片(I)向lmg/mL氧化石墨烯的水溶液(60mL)中加入20%聚二烯二甲基氯化銨水溶液(5mL),超聲,形成混合均勻的分散液；其中，添加的氧化石墨烯與聚二烯二甲基氯化銨的質(zhì)量用量比為I : 16。 (2)向上述分散液中加入氯化亞鐵(FeCl2 · 4H20)，加完在90°C保溫5小時，冷卻；其中，添加的FeCl2 · 4H20與氧化石墨烯的質(zhì)量用量比為15 I。(3)將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，用去離子水洗滌，重復(fù)離心、洗滌操作三次，得到黑色固體，即為石墨烯基堿式氧化鐵納米片，該石墨烯基堿式氧化鐵納米片的SEM、TEM照片分別如圖lc、ld所示。將得到的固體分散于去離子水中待用(分散液濃度按氧化石墨烯濃度計算為O. 6mg/mL)。第二步、制備碳包覆的石墨烯基四氧化三鐵納米片(I)取50mL上述制備的石墨烯基堿式氧化鐵納米片的分散液置于錐形瓶中，向該分散液中加入苯酚和甲醛的水溶液，90°C油浴攪拌30min，然后加入氫氧化鈉進行催化聚合，并保溫12小時，冷卻；其中，氧化石墨烯與苯酚的用量質(zhì)量比為I : 30，甲醛相當(dāng)于苯酚大大過量；氫氧化鈉的用量為IOOmg ；(2)將上述反應(yīng)后的溶液離心，用去離子水進行反復(fù)離心洗滌多次，將得到的固體經(jīng)過60°C干燥12h、在經(jīng)N2保護下500°C煅燒2h，最終得到碳二維殼核結(jié)構(gòu)包覆的石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料，該碳包覆石墨烯基四氧化三鐵納米片的SEM照片如圖2b所示。以所得復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料組裝成鋰離子紐扣式半電池(對電極為金屬鋰)，對該鋰離子紐扣式半電池進行電化學(xué)測試，其循環(huán)性能圖、倍率性能圖分別如圖 5、6 所不。其中，GOFe3O4OC Charge/Dicharge、GiFe304Charge/Dicharge 分別為碳包覆的石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料、未進行碳包覆的石墨烯基四氧化三鐵作為鋰離子電池負極材料的充/放電圖。從圖5中可以看出，制得的二維碳包覆的復(fù)合材料顯示出高的容量(930mAh g—1)和非常優(yōu)越的循環(huán)性能。其在100圈循環(huán)以后依然保持著930mAh g—1的容量，而未進行碳包覆的材料的容量為600mAh g'由圖6可知，碳包覆后的復(fù)合材料在SOOOmAg—1的大電流下依然保持有600mAh g—1的容量。實施例3第一步、制備石墨烯基二氧化錫納米片(I)向O. 5mg/mL氧化石墨烯的水溶液(60mL)中加入20%聚二烯二甲基氯化銨水溶液(I. 25mL),超聲,形成混合均勻的分散液；
其中，添加的氧化石墨烯與聚二烯二甲基氯化銨的質(zhì)量用量比為1 8。(2)向上述分散液中加入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH至2 ;在劇烈攪拌下加入氯化亞錫(SnCl2 · 2H20)，加完在90°C保溫一小時，冷卻；其中，添加的SnCl2 · 2H20與氧化石墨烯的質(zhì)量用量比為30 : I。(3)將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，用去離子水洗滌，重復(fù)離心、洗滌操作三次，得到黑色固體，即為石墨烯基二氧化錫納米片。將得到的固體分散于去離子水中待用，其濃度為O. 6mg/mL(按氧化石墨烯計算)。第二步、制備碳包覆的石墨烯基二氧化錫納米片(I)取50mL上述制備的石墨烯基二氧化錫納米片的分散液置于錐形瓶中，向該分散液中加入3g葡萄糖后攪拌均勻,然后轉(zhuǎn)移至IOOmL水熱爸中，并將溶液稀釋至80mL,于180°C水熱并保溫12小時，冷卻；·其中，氧化石墨烯與葡萄糖的質(zhì)量用量比為I : 100;(2)將上述反應(yīng)后的溶液離心，用去離子水進行反復(fù)離心洗滌多次，將得到的固體經(jīng)過60°C干燥12h、在經(jīng)N2保護下500°C煅燒2h，最終得到碳二維殼核結(jié)構(gòu)包覆的石墨烯基二氧化錫復(fù)合材料，該碳包覆石墨烯基二氧化錫納米片的TEM照片如圖2c所示。以所得復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料組裝成鋰離子紐扣式半電池(對電極為金屬鋰)，對該鋰離子紐扣式半電池進行電化學(xué)測試，從其循環(huán)性能圖、倍率性能圖可以得知制得的二維碳包覆的復(fù)合材料顯示出高的容量(790mAh g—1)和非常優(yōu)越的循環(huán)性能。其在100圈循環(huán)以后依然保持著780mAh g_1的容量，而未進行碳包覆的材料的容量為2OOmAh g 1O以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟； 步驟一、制備石墨烯基金屬氧化物納米片 首先，向濃度為O. 2-lmg/mL的氧化石墨烯水溶液中加入聚二烯二甲基氯化銨水溶液，超聲混合均勻； 其次，向上述分散液中加入金屬氯化物后，在60-90°C保溫1-5小時； 最后，將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，去離子水洗滌，將得到的固體分散于去離子水中待用； 步驟二、制備碳包覆的石墨烯基金屬氧化物納米片 首先，向上述石墨烯基金屬氧化物納米片的分散液中加入碳源前驅(qū)體的水溶液，然后進行催化聚合或直接水熱碳化處理； 其次，將上述反應(yīng)后的溶液進行離心，用去離子水洗滌，得到的固體經(jīng)過干燥、煅燒，最終得到碳二維殼核結(jié)構(gòu)的包覆石墨烯基金屬氧化物的復(fù)合材料； 其中，所述金屬氯化物為二水合氯化亞錫或四水合氯化亞鐵；所述碳源前驅(qū)體為苯酚和甲醛、間苯二酚和甲醛、或葡萄糖。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中氧化石墨烯與聚二烯二甲基氯化銨的用量質(zhì)量比為I : 4-16 ;氧化石墨烯與金屬氯化物的質(zhì)量比為I : 15-60。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中氧化石墨烯與聚二烯二甲基氯化銨的用量質(zhì)量比為I : 8。
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中所添加的金屬氯化物與氧化石墨烯的質(zhì)量比為30 I。
5.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，當(dāng)所述碳源前驅(qū)體為苯酚和甲醛、間苯二酚和甲醛時，石墨烯基金屬氧化物納米片與所述碳源前驅(qū)體的質(zhì)量比為I 10-30。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中石墨烯基金屬氧化物納米片與所述碳源前驅(qū)體的質(zhì)量比為I : 20。
7.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，當(dāng)所述碳源前驅(qū)體為葡萄糖時，石墨烯基金屬氧化物納米片與所述碳源前驅(qū)體的質(zhì)量比為I : 75-200。
8.如權(quán)利要求1-7任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二中得到的固體在60°C干燥10-16小時，并在經(jīng)N2保護下于500°C煅燒1_3小時。
9.根據(jù)如權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制備得到的二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料。
10.如權(quán)利要求9所述的二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法采用單層碳原子結(jié)構(gòu)的二維石墨烯作為載體，酚醛樹脂或多糖類作為碳源前驅(qū)體，制備出二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆的石墨烯基金屬氧化物納米復(fù)合材料。通過此方法得到的金屬氧化物納米顆粒均勻地負載在石墨烯片上，并很好的包覆在碳包覆層內(nèi)。本發(fā)明的制備方法具備工藝簡單，條件溫和，成本低廉等優(yōu)點。經(jīng)電化學(xué)測試證明，本發(fā)明的制備方法得到的二維殼核結(jié)構(gòu)的碳包覆石墨烯基金屬氧化物復(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，實驗證明在200mAg-1的充放電流下其中二氧化錫材料放電容量可達到800mAh g-1，四氧化三鐵材料放電容量可達930mAh g-1。從而為金屬氧化物在電化學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了很好的實驗數(shù)據(jù)和理論支持。
文檔編號H01M4/58GK102881898SQ20121034697
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者馮新亮, 吳東清, 李爽, 張帆, 蘇躍增, 劉萍 申請人:上海交通大學(xué)