[发明专利]三维多孔阵列结构的Co3O4/rGO/Ni foam复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维多孔阵列结构的Co₃O₄/rGO/Ni foam复合电极材料及其制备方法，以泡沫镍作为载体，通过浸泡法，负载还原氧化石墨烯，在高温惰性气体下退火，制备出rGO/Ni foam复合材料；然后利用电化学沉积法沉积Co(OH)₂，制备出Co(OH)₂/rGO/Ni foam；再进行退火将Co(OH)₂转变为Co₃O₄，最终获得Co₃O₄/rGO/Ni foam。本发明复合电极材料具有良好的电化学循环稳定性，多孔阵列结构使得在作为电极材料的过程中，提高电子和离子的穿梭速度，增大与电解液的接触面积，从而达到良好的电化学循环稳定性，可用于能源储存设备中，提高电化学循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电极材料及其制备方法，特别是涉及一种过渡金属氮化物金属基复合电极材料及其制备方法，应用于能源储存材料和设备技术领域。

背景技术

由于物质生活的快速发展，在物质生活被满足的同时，人们也开始追求精神上的享受，如对电子产品的更高追求如长期的待机和快速充电，使得以手机和平板的快速更新换代，以及在近些年来，越来越流行的自驾游，刺激了汽车行业的急速发展。由于对电子产品的长期待机要求使得对产品的电池提出了更高的要求，在各种能量储存设备中，电化学储能所具有的安全无污染以及能量储存转换效率高等独特优势，从而成为了目前解决问题的最适合的选择之一。过渡金属化合物包括了过渡金属氮化物，过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物等其他金属化合物。过渡金属化合物相比于碳材料，合金材料而言，其理论容量高，是一种有前景可替代石墨的负极材料。其中以过渡金属氧化物最为代表性。过渡金属氧化物包括CoO_x,SnO₂,NiO，VO_x等，通常具有几倍于传统电极材料的理论容量，是最具有吸引力的可替代负极材料之一。Co₃O₄是一种P型半导体金属氧化物，与Fe₃O₄类似，可视作为CoO和Co₂O₃的复合体。Co₃O₄作为锂离子电池的负极材料，理论容量高达890mAh g^-1，并且结构稳定，是作为负极材料的选择之一。但过渡金属化合物与金属基材料进行复合时，过渡金属化合物与金属基材料之间存在不稳定的接触的现象，同时使过渡金属化合物与金属基材料的导电性、电化学稳定性还不理想。

石墨烯的结构是由碳六元环组成的二维蜂窝状结构，具有理想的二维晶体结构。因为其表面积高(2360m²g^-1)，单层石墨烯的厚度可达到0.34nm，导电特性好，可大规模制备，被认为是目前最薄的纳米材料。但目前还未见将石墨烯应用于过渡金属复合电极材料的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种三维多孔阵列结构的Co₃O₄/rGO/Ni foam复合电极材料及其制备方法，本发明采用的Co₃O₄是一种过渡金属氧化物材料，将其作为复合材料的主要组成成分，从而提高材料的循环稳定性，石墨烯材料是一种具有导电特性的材料，这种材料易制备，具有褶皱，可提供大的比表面积，以及良好的导电特性，改善材料的导电性。泡沫镍作为基底，可以充当材料的支撑骨架作用，使得在电化学循环的过程中可以稳定材料的结构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：