[发明专利]通过包覆还原氧化石墨烯提高硫化钴充放电循环能力的方法

说明书

本发明公开了一种通过包覆还原氧化石墨烯提高硫化钴(Co_1‑xS)充放电循环能力的方法，所述的还原氧化石墨烯有效的改善硫化钴(Co_1‑xS)导电性差、充放电过程中体积膨胀大的问题，从而提高了硫化钴(Co_1‑xS)/还原氧化石墨烯复合材料的充放电容量以及循环稳定性。实验中选用硝酸钴、硫脲、氧化石墨、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇和去离子水，通过简单的溶剂热反应，真空干燥制得硫化钴(Co_1‑xS)/还原氧化石墨烯复合材料。该法制备工艺简单、成本低且制备的硫化钴(Co_1‑xS)/还原氧化石墨烯复合材料具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别是涉及一种通过包覆还原氧化石墨烯提高硫化钴充放电循环能力的方法，属于先进纳米复合材料制备工艺技术领域。

背景技术

由于具有工作电压高、重量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长等优点，锂离子电池已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄像机、电动汽车、混合动力汽车及便携式各种仪器设备。随着科技的进步与发展，人们对于锂离子电池的充放电容量以及长时间的循环稳定性提出了更高的要求。目前石墨是商用的锂离子电池负极材料，然而其理论容量仅有372毫安时每克，已经不能满足人们对于高能量密度的需求，迫切需要找到一种材料来替代石墨。过渡金属硫化物具有高比容量、低成本、环境友好、良好的热力学稳定性等优点，因而在近年来作为锂离子电池负极材料得到了广泛的关注与研究，例如硫化钴、硫化铜、硫化镍和硫化锡等。不幸的是，过渡金属有一些缺点，比如差的导电性、循环过程中大的体积膨胀，限制了其在负极材料中的实际应用。

作为过渡金属硫化物中的一员，硫化钴(Co_1-xS)有着更高的理论容量(682.6毫安时每克)，近些年得到了广泛的关注。如在现有技术““Controlled construction ofhierarchical Co_1-xS structures as high performance anode materials for lithiumion batteries”，Liu et al.,CrystEngComm,2014,16,814”中提到“制备出分级的花状Co_1-xS能显著提高其充放电性能，在100毫安每克的电流密度下循环150圈能够提供485毫安时每克的放电比容量”，然而这个放电容量仍然有待进一步提高。如在现有技术““Self-assembled porous microsized composite of nano-Co_1-xS/biomass derived activatedcarbon by a facile solvothermal method as anode material of lithium ionbattery”，Lin et al.,Journal of Alloys and Compounds 2017,695,2173”中提到“通过掺杂碳之后能有效Co_1-xS的导电性以及循环性能，在100毫安每克的电流密度下循环150圈能够提供630毫安时每克的放电比容量”，然而其放电过程中的库伦效率仅在95％左右，有待进一步的改善与提高。公开号为CN106207172A的中国专利中“一种硫化钴/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池”中提到“将石墨烯与硫化钴(CoS)复合能很好地解决负极材料自身稳定性差，导电性差的问题”，然而制备过程首先需要合成石墨烯作为模板，之后在其表面生长硫化钴(CoS)，而在充放电过程中硫化钴的体积膨胀不能得到很好地改善。硫化钴(CoS)和硫化钴(Co_1-xS)是不同的，虽然都叫硫化钴，但是二者具有不同的化学式和不同的性能。目前，解决硫化钴(Co_1-xS)的循环稳定性以及提升放电比容量仍然是技术难题，本发明针对这一问题，提出用还原氧化石墨烯包覆硫化钴(Co_1-xS)纳米颗粒，提升其导电能力，同时有效缓解了硫化钴(Co_1-xS)在充放电过程中因体积膨胀而导致的结构破坏，从而显著提高了其放电比容量并且改善了其循环稳定性。