[发明专利]钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料及制备方法，将氧化石墨烯和偏钒酸铵加入去离子水中，超声分散后，水浴80℃条件下加入一水合氢氧化锂和六水合氯化钴搅拌10分钟，得到的混合溶液在搅拌条件下180℃水热反应10分钟，离心，烘干，烘干后的产物在惰性气氛下煅烧即得到产物。本发明提供的制备方法制得的钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料具有很好的循环稳定性和倍率性能，合成方法简便易操作，反应时间很短，成本较低，有望成为一种规模化使用的新型负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料及制备方法。其中，钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料为Co_1.8V_1.2O₄与还原氧化石墨烯复合负极材料。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的能量密度和较长的循环寿命等优点，在现代生活中已经成为必不可少的电化学能量储存装置。然而，随着消费性电子产品和电动汽车的发展，当前的锂离子电池负极材料已经不能满足日益增长的要求。为了满足社会发展的需求，科学家们正在努力探索先进的替代品来取代石墨负极。值得注意的是，钴的氧化物由于具有较高的理论容量受到了特别的关注。但是充放电过程中显著的体积变化和本身较差的电子导电性已经严重阻碍了它们的发展。

为了解决这些问题，一种策略是合成双金属氧化物作为负极材料，这可以有效地改善电子导电性，提高可逆容量，增强机械稳定性。而且部分取代价格较高并有毒的钴可以降低电极材料的成本，污染更小。钒已经被成功地与钴结合形成钒酸钴，并展示了迷人的电化学性能。另一种策略是在电极材料中引入一种合适的、灵活的基质来适应结构变化并提高电子和离子传导。石墨烯是一种很好的离子和电子导体，并具有优异的机械弹性、热稳定性、化学稳定性和大的比表面积，因此将石墨烯与钒酸钴复合后的复合材料极有可能同时具有高的可逆容量，优异的循环稳定性和很好的倍率性能。目前，Co₃V₂O₈,Co₂V₂O₇和CoV₂O₆基的负极材料已经被广泛地研究并表现出了优异的电化学性能。然而，Co_xV_3-xO₄基的负极材料几乎没有被报道，主要是因为Co_xV_3-xO₄的合成方法非常少，这导致简单地合成Co_xV_3-xO₄纳米颗粒长在石墨烯上仍是一个巨大的挑战。因此，发明一种简便的方法合成Co_xV_3-xO₄纳米颗粒与石墨烯的复合材料作为锂电负极材料变得尤其重要。

综上所述，现有技术存在的问题是：

Co_xV_3-xO₄的合成方法非常少，仅有的方法合成困难，周期很长，不利于规模化生产；Co_xV_3-xO₄纳米颗粒与石墨烯的复合材料合成更加困难。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料及制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯与偏钒酸铵加入去离子水中，超声30-120分钟；

(2)在水浴60-90℃条件下，加入一水合氢氧化锂和六水合氯化钴，搅拌10-60分钟；

(3)将上述混合溶液加入到水热反应釜中，180℃搅拌反应10-40分钟，离心，烘干，干燥后的样品在惰性气氛下400℃煅烧1-4个小时即得到钒酸钴与还原氧化石墨烯复合负极材料。