[发明专利]一种铜二氧化钼石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种以石墨烯为基体采用热解工艺制备铜掺氧化钼复合材料作为锂电池负极材料的制备方法。将水热法制备出的钼酸铜与氧化石墨烯按一定比例分散在水溶液中，搅拌、超声数小时，产物旋蒸、干燥，之后在氩气气氛下煅烧。本发明制备方法简单，原料易得，产物用作锂离子电池负极材料的电化学活性良好，首次库伦效率达到94％，充放电循环65次放电比容量达到804mAh/g，且库伦效率为99％。

【技术领域】

本发明属于无机材料和能源材料的交叉技术领域，涉及一种铜二氧化钼石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

【背景技术】

纳米复合材料是随着材料科学的发展而出现的一种新型材料，它是由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺方法组合而成的一种多相固体材料。在锂离子电池负极材料的研究中，由于过渡金属氧化物具有良好的电化学活性，价格低廉，资源丰富，环境友好，是一种理想的锂离子电池负极材料。而碳材料和各种金属氧化物的结合可以进一步提高复合电极材料的比容量、循环性能等电化学活性。

石墨烯复合材料由于其特殊的性能，使其在催化、吸附、电磁、传感器、能量储存等领域引起了人们越来越大的关注。如中国发明专利CN105633344A公开了通过压滤挤出法制备二硫化钼纳米片或纳米纤维与碳纳米管或石墨烯复合的柔性锂离子电池薄膜负极材料的方法，该方法简单易行，但原材料要求高，石墨烯为单层纳米片、二硫化钼为1～5层纳米片、纳米纤维为含有羧基、氨基、肽基或醛基等基团的改性纳米纤维，不利于工业化大量生产。此外，中国专利CN104617270A公开了一种球形中空钛酸锂石墨烯复合材料作为锂电池负极材料的制备方法，该发明采用模板法和氢氧化锂腐蚀制备球形中空结构的钛酸锂石墨烯复合材料。复合材料的中空结构极大地改善了电池充放电性能，但实验制备过程中需要精确控制反应条件，因此该方法在高效制备等方面仍具有技术提升空间。

目前，铜二氧化钼石墨烯复合材料并未有大范围报道，且在锂离子电池中的应用更鲜有人报道。如中国发明专利CN105609731A公开了氟化铜三氧化钼石墨烯复合材料及电极的制备方法。在惰性保护气体下，通过球磨法制备氟化铜三氧化钼石墨烯复合材料。该发明不需要特殊的反应仪器，制备成本低廉，但物料损失较大，且电化学性能仍有很大的改善空间。

【发明内容】

本发明目的是在于解决上述现有技术中的问题，提供一种铜二氧化钼石墨烯复合材料及其制备方法和应用，所制备的复合材料克服了单一材料可逆容量低、循环稳定性差等问题，具有高的储锂容量和良好的库伦效率，且本发明制备工艺简单，成本低廉，环境友好，为其实际应用提供了便利条件。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种铜二氧化钼石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将四水钼酸铵和二水醋酸铜按照(1～3):1的摩尔比加入到40mL、浓度为0.001～0.005mol/L的氢氧化钠水溶液中，水热反应后，再进行离心、洗涤以及干燥处理，得到钼酸铜纳米颗粒，得到产物A；

2)配制浓度为0.5～1mol/L的氧化石墨烯水溶液；

3)将产物A和氧化石墨烯水溶液均匀混合，并搅拌、超声处理至混合均匀，再对产物进行旋蒸、干燥处理，得到产物B；

4)将产物B在氩气气氛下煅烧，得到铜二氧化钼石墨烯复合材料。

本发明进一步的改进在于：

步骤1)中，水热反应的温度为120～160℃，反应时间为3～5h。

产物A和氧化石墨烯的质量比为20:(1～20)。

步骤3)中，超声处理0.5～1h。

步骤3)中，在60～80℃的温度下旋蒸、干燥处理。

步骤4)中，煅烧温度为500～800℃。