[发明专利]Li2MoO3/石墨烯复合材料及其制备方法和锂离子电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及Li₂MoO₃/石墨烯复合材料及其制备方法和锂离子电容器。

背景技术

锂离子电容器在设计上采用了双电层电容器的原理，同时又在负极添加了锂离子，从而提高了电容器的能量密度。日本旭化成电子公司和FDK公司都曾研制过在电解液中采用锂氧化物的电容器，但都没有实现产品化。转机发生在2005年，富士重工业公司公开了锂离子电容器的制造技术：电容器负极采用多并苯类材料，并在其中掺杂大量的锂离子，电容器的正极材料则仍沿用以往的活性炭。此后，多家厂商利用这样的技术，制造出既具有双电层电容器的高输出、长寿命特性，同时又能提供较高能量密度的电容器。2008年末，旭化成电子、ACT(高级电容器技术)、NEC、JM Energy、太阳诱电等多家公司都在开发锂离子电容器产品，其中ACT和JM Energy两家公司的产品已进入量产。

锂离子电容器的能量密度得到提高的主要原因在于电容器单元的电压和负极静电容量的增加。传统电容器的电压通常为2.5~3.0V，而在添加了锂离子之后就可提高到4.0V。与正极采用相同材料的普通电容器相比，锂离子电容器的单元能量可提高3.5倍。由于需要在电容器单元中加入锂离子，因此需要在传统的制备工艺增加锂注入步骤，由于锂是非常活泼的金属，需要的锂注入工艺要求较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种Li₂MoO₃/石墨烯复合材料及其制备方法和锂离子电容器。本发明提供的Li₂MoO₃/石墨烯复合材料，具备较好的功率密度和较高的容量，可用作锂离子电容器的正极活性材料。本发明提供的制备方法工艺流程简单，反应时间短。本发明提供的锂离子电容器，以Li₂MoO₃/石墨烯复合材料作为正极活性材料。

第一方面，本发明提供了Li₂MoO₃/石墨烯复合材料，包括Li₂MoO₃和石墨烯，Li₂MoO₃的质量含量为10~40%，石墨烯的质量含量为60~90%。

本发明提供的Li₂MoO₃/石墨烯复合材料是由2维的石墨烯分子与Li₂MoO₃构成，Li₂MoO₃表面附着大量的高导电的石墨烯分子。本发明提供的Li₂MoO₃/石墨烯复合材料具备良好的导电性，以及高的机械性能，有较好的功率密度以及寿命，有较高的容量。由于复合材料中石墨烯为储能物质，Li₂MoO₃不具备储能特性，因而在复合材料中，Li₂MoO₃的质量含量为10~40%，石墨烯的质量含量为60~90%。

第二方面，本发明提供了Li₂MoO₃/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳酸锂和三氧化钼按化学计量比1:1混合，研磨1~5h，得到混合物粉体；

（2）将所述混合物粉体加入到马弗炉中，加热至500~700℃，反应3~8h，得到Li₂MoO₃前驱体；

（3）取石墨烯与所述Li₂MoO₃前驱体混合，研磨1~5h后，置于惰性气体保护的马弗炉中500~800℃反应10~24h，得到石墨烯/Li₂MoO₃复合材料。

优选地，石墨烯的比表面积为200~1500m²/g。

优选地，石墨烯与Li₂MoO₃前驱体的质量比为1.5~9:1。

优选地，研磨为球磨，球磨过程的转速为300~1500r/min。

优选地，惰性气体为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种或多种的组合。

第三方面，本发明提供了一种锂离子电容器，该锂离子电容器包含上述方法制备得到的Li₂MoO₃/石墨烯复合材料。