[发明专利]一种石墨烯@金属磷化物@C纳米复合材料的制备方法及应用

说明书

一种石墨烯@金属磷化物@C纳米复合材料的制备方法及应用，它涉及一种石墨烯复合材料的制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有金属磷化物的导电性差，导电率低，反应可逆性差，容易发生团聚且体积易发生膨胀的问题。方法：一、制备金属氧化物纳米球；二、制备金属氧化物@C纳米球；三、制备金属磷化物@C纳米球；四、高温碳化，得到石墨烯@金属磷化物@C纳米复合材料，它作为锂离子电池或钠离子电池的负极材料应用。作为锂离子电池负极材料制备的CR 2025的纽扣式锂离子电池，在0.2A/g电流密度下循环三次，比容量仍高于1000mAhg^‑1，循环100次后，放电比容量仍然高于700mAhg^‑1。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合材料的制备方法及应用。

背景技术

相比商业化的石墨负极材料(理论比容量372mAh g^-1)，金属磷化物由于具有较高的理论比容量和相对较低的充放电平台而被认为是一类具有潜力的新型负极材料。然而由于金属磷化物的本质缺陷，目前仍无法得到可实际应用的金属磷化物锂/钠负极材料。如纯的FeP用作钠离子电池负极材料时，在电流密度为0.2A/g时，100个循环之后，其比容量仅有100mAh g^-1，其主要原因如下：(1)、金属磷化物的导电性较差，离子或电子导电率较低，反应可逆性较差；(2)、在反复的充放电过程中，金属磷化物颗粒之间会发生团聚，参与反应的活性材料会不断减少；(3)、在Li/Na的嵌入和脱出过程中，会导致负极材料的体积发生膨胀，最终导致电极粉化从而与集流体失去接触。

发明内容

本发明的目的是要解决现有金属磷化物的导电性差，导电率低，反应可逆性差，容易发生团聚且体积易发生膨胀的问题，而提供一种石墨烯@金属磷化物@C纳米复合材料的制备方法及应用。

一种石墨烯@金属磷化物@C纳米复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备金属氧化物纳米球：

将金属氯化盐和醋酸钠溶解到乙二醇中，再超声分散20min～40min，得到混合溶液；将混合溶液转移至水热反应釜中，再在温度为180℃～220℃下反应6h～10h，再自然冷却至室温，得到反应产物Ⅰ；首先使用蒸馏水对反应产物Ⅰ清洗3次～5次，再使用无水乙醇对反应产物Ⅰ清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥10h～12h，得到金属氧化物纳米球；

步骤一中所述的金属氯化盐为FeCl₃·6H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、SnCl₄·5H₂O或MoCl₂·6H₂O；

步骤一中所述的金属氯化盐的质量与乙二醇的体积比为(1g～5g):100mL；

步骤一中所述的醋酸钠的质量与乙二醇的体积比为(5g～10g):100mL；

二、制备金属氧化物@C纳米球：

将金属氧化物纳米球和葡萄糖分散到蒸馏水中，再加入无水乙醇，再在超声功率为20W～40W下超声分散10min～30min，得到反应液；将反应液转移至水热反应釜中，再在温度为160℃～200℃下反应1h～3h，再自然冷却至室温，得到反应产物Ⅱ；首先使用蒸馏水对反应产物Ⅱ清洗3次～5次，再使用无水乙醇对反应产物Ⅱ清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥10h～12h，得到金属氧化物@C纳米球；

步骤二中所述的金属氧化物纳米球的质量与蒸馏水的体积比为(0.5g～21g):35mL；

步骤二中所述的葡萄糖的质量与蒸馏水的体积比为(1g～2g):35mL；