專利名稱：石墨烯與MoO₂納米復合材料及制備方法和鋰離子電池負極材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種納米復合材料，具體地說是一種石墨烯與MoO2納米復合材料。本發(fā)明也涉及一種含有石墨烯與MoO2納米復合材料的鋰離子電池負極材料。
背景技術：
化石燃料的大量應用導致了溫室效應，隨著全球變暖問題日益緊迫，節(jié)能減排成為當今世界最為關注的焦點和主題。為了降低對石油能源的依靠和二氧化碳的排放，許多國家加大了對混合電動汽車及電動汽車的研究和投入，對其主要電源設備鋰離子電池的能量密度，特別是功率密度提出了更高的要求。鋰離子電池與傳統(tǒng)的二次電池如鉛酸電池、 Ni/Cd電池、Ni/MH電池等相比，在比功率、能量密度及充放電性能方面有著明顯的優(yōu)勢。而且，鋰離子電池還有著循環(huán)壽命長、自放電率低、“綠色”環(huán)保等優(yōu)點，目前已廣泛地應用于小型用電器中，并正積極地向電動汽車、靜置式備用電源等領域發(fā)展。
鋰離子電池技術及性能的進一步提高，主要依賴于電池中各組分材料的改進開發(fā)及電池工藝的革新，由于納米材料具有尺寸小，鋰離子嵌/脫行程短，動力學性能優(yōu)秀；比表面積大，嵌鋰活性位點多；大電流下充放電時電極極化程度小、可逆容量高等特點，鋰離子電池納米電極材料得到廣泛關注和研究。進一步提高性能和降低成本是現(xiàn)階段鋰離子電池發(fā)展和改進的主攻方向。正負極材料由于在電池成本中所占比重較大，對它們進行研究顯得尤其重要。
鋰離子電池的能量密度很大程度上取決于其正負極材料的電極電位和可逆比容量。目前商業(yè)化的鋰離子電池廣泛采用的石墨化的碳負極材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能，但其理論容量僅為STZmAhg—1，一定程度上導致了鋰離子電池的能量密度不能滿足人們的需要。 為提高鋰離子電池的能量密度，人們開發(fā)了金屬氧化物、硅、合金等高容量負極材料。然而， 這些材料嵌脫鋰過程中體積變化巨大，導致電極材料粉化并從集流體上脫落，因此其循環(huán)性能較差。材料復合技術能發(fā)揮組成材料各自的優(yōu)點，克服單一材料的缺陷，可用于開發(fā)新型鋰離子電池負極材料。基于該技術的碳_非碳納米復合材料具有優(yōu)異的儲鋰性能，是目前開發(fā)的最有應用前景的鋰離子電池負極材料。
石墨烯是新發(fā)現(xiàn)的具有高電導率最薄的二維納米碳材料，在儲能領域有很好的應用前景，其厚度僅為O. 335nm。其特點是具有約IOOOGPa的高楊氏模量，125GPa超高強度， ISOOOcm2V-1S-1超高的載流子遷移率。此外石墨烯還具有完美的量子隧道效應、半整數(shù)的量子霍爾效應、室溫鐵磁性和從不消失的電導率等獨特性質(zhì)。石墨烯的突出性能及其易加工性使其在儲能、電子、信息及生物醫(yī)藥等領域具有很好的應用前景。
MoO2是擁有高電導率、高熔點、高化學穩(wěn)定性的過渡金屬氧化物，其高效的電荷傳輸特性使它在催化劑、傳感器、電致變色顯示器、記錄材料、電化學超級電容器、Li離子電池以及場發(fā)射材料等方面應用前景廣泛。因此，如何簡易制備具有高比能量、高循環(huán)特性的納米復合材料成為研究重點之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高比容量、高循環(huán)性能的鋰離子電池負極用的石墨烯與MoO2納米復合材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種操作簡單、應用廣泛、適合于工業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池負極用的石墨烯與MoO2納米復合材料的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種含有石墨烯與MoO2納米復合材料的鋰離子電池負極材料。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的鋰離子電池負極用的石墨烯與MoO2納米復合材料是，將利用化學方法制得石墨烯，與鑰酸銨在空氣中500°C溫度下煅燒4小時獲得的MoO3顆粒，按照石墨烯與MoO3 顆粒的摩爾比為1:2-2:1的比例混合，球磨后所得到的石墨烯與MoO2納米復合材料。
本發(fā)明的鋰離子電池負極用的石墨烯與MoO2納米復合材料是采用如下方法制備的
(I)利用化學方法制備石墨烯；
(2)將鑰酸銨在空氣中、500°C溫度下煅燒4小時得到MoO3顆粒；
(3)將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比為1:2-2:1的比例混合；
(4)以球料比15:1進行球磨,得到石墨烯與MoO2納米復合材料。
本發(fā)明的鋰離子電池負極用的石墨烯與MoO2納米復合材料的制備方法還可以包括
I、所述的球磨在Ar氣的保護下進行。
2、所述的球磨的轉(zhuǎn)速為每分鐘600-800轉(zhuǎn)，球磨時間為10小時。
本發(fā)明的石墨烯與MoO2納米復合材料的鋰離子電池負極材料是石墨烯與MoO2納米復合材料、導電碳和CMC的質(zhì)量比為8:1:1混合物。
本發(fā)明用簡易的球磨方法制備出石墨烯與MoO2納米復合材料。本發(fā)明的納米復合材料由具有高效電荷傳輸特性的此02材料以及石墨烯構(gòu)成，并且由于MoO2的畸變金紅石結(jié)構(gòu)和石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，使得復合材料具有良好的儲鋰和可逆嵌脫特性。該納米復合材料的XRD圖譜和掃描圖分別如圖I (a)和I (b)所示。
本發(fā)明的納米復合材料主要用于鋰離子電池負極，，所得到的負極具有高的比容量和穩(wěn)定性。將制備出的石墨烯與MoO2納米復合材料做成鋰離子電池負極進行測試，表現(xiàn)出較高的循環(huán)壽命和比容量。并且在10次循環(huán)次數(shù)后，其比容量逐漸增多，顯著高于目前普遍使用的碳類負極材料，在電動車方面具有潛在的應用前景。石墨烯/MoO2納米復合材料鋰離子電池充放曲線和循環(huán)曲線分別如圖2、3和4所示。
本發(fā)明的方法簡單，產(chǎn)量多，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I (a)為石墨烯與MoO2摩爾比2:1納米復合材料的XRD圖譜，圖I (b)為石墨烯與MoO2摩爾比2:1納米復合材料的掃描圖。
圖2為含石墨烯與MoO2摩爾比2:1納米復合材料的鋰離子電池O. 2C充放曲線。
圖3為含石墨烯與MoO2摩爾比2:1納米復合材料鋰離子電池的O. 2C、2C、10C循環(huán)曲線。
圖4為含石墨烯與MoO2摩爾比1:2、1:1、2:1納米復合材料的鋰離子電池IOC循環(huán)曲線。
具體實施方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
實施例I :
(I)首先，用化學方法制得石墨烯；具體方法為將乙醇和金屬鈉同時加入高壓釜中，在220攝氏度中反應72小時，將所得產(chǎn)物在空氣中煅燒，并用蒸餾水和乙醇清洗即制備出石墨烯；
(2)其次，將鑰酸銨在空氣中500攝氏度煅燒4小時制備MoO3顆粒；
(3)最后，將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比1:2在氬氣的保護下，以球料比15:1， 轉(zhuǎn)速每分鐘600-800轉(zhuǎn)球磨10小時制備石墨烯/MoO2納米復合材料。
實施例2:
(I)首先，用化學方法制得石墨烯；
(2)其次，將鑰酸銨在空氣中500攝氏度煅燒4小時制備MoO3顆粒；
(3)最后，將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比1:1在氬氣的保護下，以球料比15:1， 轉(zhuǎn)速每分鐘600-800轉(zhuǎn)球磨10小時制備石墨烯/MoO2納米復合材料。
實施例3
(I)首先，用化學方法制得石墨烯；
(2)其次，將鑰酸銨在空氣中500攝氏度煅燒4小時制備MoO3顆粒；
(3)最后，將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比2:1在氬氣的保護下，以球料比15:1， 轉(zhuǎn)速每分鐘600-800轉(zhuǎn)球磨10小時制備石墨烯/MoO2納米復合材料。
將制備的石墨烯與MoO2納米復合材料、導電碳和CMC按8:1:1混合，制備鋰離子電池負極，該負極具有高的比容量和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯與MoO2納米復合材料，其特征是是將利用化學方法制得石墨烯，與鑰酸銨在空氣中500°C溫度下煅燒4小時獲得的MoO3顆粒，按照石墨烯與MoO3顆粒的摩爾比為1:2-2:1的比例混合，球磨后所得到的石墨烯與MoO2納米復合材料。
2.—種石墨烯與MoO2納米復合材料的制備方法，其特征是 (1)利用化學方法制備石墨烯； (2)將鑰酸銨在空氣中、500°C溫度下煅燒4小時得到MoO3顆粒； (3)將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比為1:2-2:1的比例混合； (4)以球料比15:1進行球磨,得到石墨烯與MoO2納米復合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯與MoO2納米復合材料的制備方法，其特征是所述的球磨在Ar氣的保護下進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的石墨烯與MoO2納米復合材料的制備方法，其特征是所述的球磨的轉(zhuǎn)速為每分鐘600-800轉(zhuǎn)，球磨時間為10小時。
5.一種含有權(quán)利要求I所述石墨烯與MoO2納米復合材料的鋰離子電池負極材料，其特征是是石墨烯與MoO2納米復合材料、導電碳和CMC的質(zhì)量比為8:1:1混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供的是石墨烯與MoO2納米復合材料及制備方法和鋰離子電池負極材料。(1)利用化學方法制備石墨烯；(2)將鉬酸銨在空氣中、500℃溫度下煅燒4小時得到MoO3顆粒；(3)將石墨烯與MoO3顆粒按照摩爾比為1:2-2:1的比例混合；(4)以球料比15:1進行球磨，得到石墨烯與MoO2納米復合材料。本發(fā)明的石墨烯與MoO2納米復合材料主要用于制備鋰離子電池負極。本發(fā)明的復合材料具有良好的儲鋰和可逆嵌脫特性；鋰離子電池負極材料具有較高的循環(huán)壽命和比容量；本發(fā)明的方法簡單，產(chǎn)量多，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01M4/48GK102931406SQ201210418680
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者陳玉金, 王鐵石, 俞海龍, 李麗, 高新明, 朱春玲 申請人:哈爾濱工程大學