[发明专利]金属氧化物/石墨烯或多金属氧化物/石墨烯复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种金属氧化物/石墨烯或多金属氧化物/石墨烯复合电极材料的制备方法。

背景技术

金属氧化物往往具备特殊的物理化学性质、价格低廉、环境友好、电位窗口较宽、比电容高等优点，被广泛应用于二次电池、超级电容器、催化等领域，另外，它们在传感、磁学和微波吸收等领域也表现了潜在的应用价值。近年，开发一种廉价的电极材料成为研究的重点。作为电极材料目前的制备方法主要有：高温固相法，溶胶凝胶法，共沉淀法。这些方法工艺较复杂、成本较高，如L.Guohua公开了以LiCO₃和MnO₂为原料混合加热48h，温度为800℃时电化学性能最好；溶胶凝胶法前驱体干燥时间长，且需要高温煅烧10h以上；制备相应物质的方法，而煅烧一般需要高温750℃～900℃。

另外，现有技术制备得到的电极材料还存在主要三大问题：一是容量较低，尚不能满足实际需求，其放电容量主要与其比表面积有关；此外其还与材料的晶型、微观形貌、孔径分布、电极中金属氧化物的载量等因素密切相关；二是金属氧化物通常自身电子电导较低，难以适应大电流充放电；三是其循环稳定性差，有待提高，循环稳定性与表面氧化还原反应的可逆性这也间接导致其材料性能较差。

针对以上缺陷，有必要开发一种大比表面，高导电性，高容量的新型电极材料的制备方法，以满足实际生产的需要。

发明内容

本发明以金属水合物及多金属水合物与氧化石墨烯的复合来制备得到锂离子电池及电容器电极材料，该方法制备工艺简单，反应物价格便宜，适合大规模工业化生产；生产过程无污染，耗能少，得到的复合材料与目前文献报道的石墨烯的简单参杂或氧化物颗粒包覆在形貌上有很大不同，另外，预复合的氧化石墨烯及其水合物是在经过预先处理的纯净物中进行、所以产物不仅纯度高，而且粒度均匀，比表面积大，导电性好，容量高，且循环性能好。

本发明提供的方法包括：

将金属水合物和/或多金属水合物的悬浊液或溶液与氧化石墨烯溶液按照体积比1-5：0.05-1，或非金属氧化物的水合物的悬浊液或溶液分别与氧化石墨烯溶液按照1-5：0.05～1的体积比混合均匀后，在100-300℃下水热反应数小时，得到含有非金属氧化物、含有金属氧化物和/或多金属氧化物，与石墨烯复合电极材料。

在水热反应过程中，氧化石墨烯发生还原反应，金属水合物或多金属水合物发生氧化反应，同时反应物脱水生成产物。

优选地，所述方法还包括：水热反应的产物分离液相后，固相于100～800℃活化数小时(0.5-20h)，得到含有金属氧化物或多金属氧化物/石墨烯复合电极材料。通过该步骤处理，可以得到性能进一步提高的电极材料。该类材料不仅分别可以作为非水锂电池的正、负极材料，还可以用作水溶液超级电容器的电极材料。

优选地，所述的金属水合物为具有如下通式的化合物AOm(OH)n(H₂O)q，所述的金属元素A为铬、钴、镍、钼、锰、铜、锡、钛、镉或钒，式中n和q不同时为0，比如FeO(OH)，Fe(OH)₃(H₂O)_0.25等系列含铁金属水合物，CoO(OH)等系列含Co金属水合物，或Ni(OH)₂，H_0.66(NiO₂)(H₂O)_0.91系列的含镍金属水合物。当m取值为0时，其为相应的金属氢氧化物或其水合物，当m取值大于0时，当n取值为0时，其为类似于H_0.66(NiO₂)(H₂O)_0.91等化合物，当q取值为0时，其为类似于FeO(OH)的化合物。

优选的，所述通式中m为0，n不为0，q取值为0～6。

优选的，所述通式中m不为0，n和q取值不同时为0，q取值为0～6。

优选的，所述的多金属水合物为具有如下通式的化合物[Ax…By]Om(OH)n(H₂O)q的化合物或其水合物，所述通式中包括两种以上的金属元素，这些金属元素独立的选自铬、钴、镍、钼、锰、铜、锡、钛、镉、钒、锂、钠、钾、锌和铁，式中n、m和q不同时为0。