本發(fā)明涉及的是一種鋰離子電池負(fù)極材料—鈷基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前制備的Co3O4電極材料包括各種形貌，制備Co3O4粉體材料的方法最常見的是化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法中，通過不同的反應(yīng)物和反應(yīng)條件、添加表面活性劑、使用模板等，可以制備出不同形貌的Co3O4顆粒，包括納米片狀、納米桿狀、納米線狀、納米管狀、納米球狀等。例如，L.Zhan通過一個簡單的水熱法直接在鈦箔生長以及隨后的焙燒合成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的草類Co3O4納米線；G.Y.Huang通過使用不同溶劑水熱合成方法和隨后的熱處理成功地制備出新穎的多孔多面和梭狀Co3O4粉末；A.Q.Pan通過無需表面活性劑簡單的水熱方法制備出Co3O4六邊形納米圓盤；G.L.Xu通過濕化學(xué)法和隨后的熱處理制備出{111}晶面封閉的Co3O4納米正八面體；H.S.Jadhav通過簡易的尿素輔助的無模板，無表面活性劑的化學(xué)共沉淀方法獲得花狀Co3O4；Y.N.Huang通過溶劑熱合成法隨后在空氣中熱處理制備出Co3O4納米顆粒；Y.H.Jin通過一個簡單的溶劑熱合成法和之后的熱處理成功制備出單分散的Co3O4孔微盤；D.W.Su通過一個簡單的溶劑熱合成法和之后的熱處理成功制備出晶體Co3O4納米片。
目前，影響CoO/Co3O4負(fù)極材料性能的主要因素是：CoO/Co3O4電導(dǎo)率不高；反復(fù)循環(huán)過程中鋰離子進入CoO/Co3O4電極材料，導(dǎo)致很大體積膨脹。CoO/Co3O4顆粒會發(fā)生團聚，導(dǎo)致材料失去活性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料—鈷基復(fù)合材料的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鋰離子電池負(fù)極材料—鈷基復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：
1、Co3O4的制備：在純Co3O4的典型合成中，將1.1g的CoCl2·6H2O和6g的尿素溶解在100mL混合溶劑(去離子水：乙二醇＝1：1)，強烈攪拌1小時；將上述溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，并使用均相反應(yīng)器在110℃下加熱10小時；在室溫下，通過離心收集粉紅色沉淀，并用乙醇洗滌幾次；在60℃下干燥產(chǎn)物12小時后，將制備的前驅(qū)體在馬弗爐中在700℃下以2℃/分鐘的加熱速率煅燒3小時；
2、氧化石墨烯的制備：通過改進的Hummers法制備氧化石墨烯。首先，在冰浴下將2.0g石墨粉倒入200mL濃硫酸中；20分鐘后，緩慢加入10g KMnO4，繼續(xù)攪拌3小時，得到深綠色溶液；將混合物在35℃下攪拌加熱2小時，反應(yīng)完成后，將混合物加熱至80℃。然后，緩慢加入200mL去離子水，直到深綠色溶液逐漸變成棕色；在使反應(yīng)持續(xù)30分鐘后，將其在95℃下加熱30分鐘；然后將反應(yīng)冷卻至室溫，隨后加入大量的去離子水和H2O2；使用5％鹽酸溶液離心洗滌混合物，直到不再有硫酸根；通過透析和冷凍干燥以獲得紅棕色氧化石墨烯薄膜。
3、CoO/Co3O4/石墨烯復(fù)合材料的制備：在典型的過程中，將0.1g氧化石墨烯完全溶解在50mL去離子水中以形成溶液A；隨后，通過超聲分散將0.1g Co3O4粉末溶解在50mL去離子水中以形成溶液B；隨后，將溶液B加入到溶液A中，在室溫下攪拌30分鐘；使用冷凍干燥來干燥樣品；樣品在管式爐中在N2氣氛中在400℃下進一步碳化3小時，加熱速率為5℃min-1。
本發(fā)明的有益效果為：
一、石墨烯材料具有大的比表面積，并且具有良好的導(dǎo)電性能，CoO/Co3O4納米顆粒錨定在石墨烯薄膜上，提高了材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。
二、石墨烯材料機械性能好，納米CoO/Co3O4顆粒周圍具有大的接觸面積，為充放電過程中CoO/Co3O4的膨脹收縮預(yù)留了空間，防止材料基體破壞，提高了材料的循環(huán)使用性能。
三、CoO/Co3O4周圍將充滿電解液與導(dǎo)電性良好的石墨烯材料接觸，大大縮短了鋰離子的遷移路徑，鋰離子有效高速脫嵌，從而達到提高高倍率性能的目標(biāo)。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
一種鋰離子電池負(fù)極材料—鈷基復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：
1、Co3O4的制備：在純Co3O4的典型合成中，將1.1g的CoCl2·6H2O和6g的尿素溶解在100mL混合溶劑(去離子水：乙二醇＝1：1)，強烈攪拌1小時；將上述溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，并使用均相反應(yīng)器在110℃下加熱10小時；在室溫下，通過離心收集粉紅色沉淀，并用乙醇洗滌幾次；在60℃下干燥產(chǎn)物12小時后，將制備的前驅(qū)體在馬弗爐中在700℃下以2℃/分鐘的加熱速率煅燒3小時；
2、氧化石墨烯的制備：通過改進的Hummers法制備氧化石墨烯。首先，在冰浴下將2.0g石墨粉倒入200mL濃硫酸中；20分鐘后，緩慢加入10g KMnO4，繼續(xù)攪拌3小時，得到深綠色溶液；將混合物在35℃下攪拌加熱2小時，反應(yīng)完成后，將混合物加熱至80℃。然后，緩慢加入200mL去離子水，直到深綠色溶液逐漸變成棕色；在使反應(yīng)持續(xù)30分鐘后，將其在95℃下加熱30分鐘；然后將反應(yīng)冷卻至室溫，隨后加入大量的去離子水和H2O2；使用5％鹽酸溶液離心洗滌混合物，直到不再有硫酸根；通過透析和冷凍干燥以獲得紅棕色氧化石墨烯薄膜。
3、CoO/Co3O4/石墨烯復(fù)合材料的制備：在典型的過程中，將0.1g氧化石墨烯完全溶解在50mL去離子水中以形成溶液A；隨后，通過超聲分散將0.1g Co3O4粉末溶解在50mL去離子水中以形成溶液B；隨后，將溶液B加入到溶液A中，在室溫下攪拌30分鐘；使用冷凍干燥來干燥樣品；樣品在管式爐中在N2氣氛中在400℃下進一步碳化3小時，加熱速率為5℃min-1。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。