[发明专利]一种Co3O4/N-RGO/HSAs复合材料的制备方法及应用

摘要

本发明涉及一种四氧化三钴/石墨烯复合材料(Co₃O₄/N‑RGO)的制备方法及其在镍氢电池及锂离子电池中的应用。该复合材料是按照以下步骤制备的：a、根据改进的Hummers方法制备氧化石墨；b、醋酸钴在氨水的调节作用下水解、氧化并在氧化石墨表面原位生长超小的Co₃O₄纳米粒子；c、Co₃O₄纳米粒子的进一步晶化和氧化石墨的还原。Co₃O₄/N‑RGO复合材料作为电极材料，其独特的结构特性以及Co₃O₄与N‑RGO之间的协同效应显著提高了镍氢电池和锂离子电池的高倍率放电性能。对于镍氢电池，在放电电流密度为3A/g时其放电容量高达223.1mAh/g，是商用储氢合金的3.2倍(68.7mAh/g)。对于锂离子电池，在电流密度为10A/g时仍保持较高的放电容量，为423.6mAh/g。本发明为研发高功率型电池提供了新的思路。

主权项

1.一种用作锂离子电池负极的四氧化三钴纳米立方体/氮掺杂石墨烯与储氢合金的复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、根据改进的Hummers方法合成氧化石墨；b、在22~25℃ ，将1~2 ml 0.2 M的醋酸钴、0.5~0.8 ml氨水，1~2 ml 4.5 mg/ml的氧化石墨加入到34~36 ml的无水乙醇中，超声分散20~30 min，然后在75~85℃ 加热9~10 h，使醋酸钴在氨水的调节作用下水解、氧化并在氮掺杂氧化石墨烯表面原位生长Co₃O₄纳米粒子，制备四氧化三钴纳米立方体/氮掺杂氧化石墨烯复合材料，其中氮原子含量不超过5 at%，包括吡啶氮和吡咯氮，通过调节乙醇的量和反应温度来控制醋酸钴的水解和氧化速度；c、先加入0.5~1 g储氢合金粉，再用水热的方法在145~155 ℃ 加热2.5~3.5 h使Co₃O₄纳米粒子进一步晶化、氮掺杂氧化石墨烯还原，之后将产物用孔径为0.1~0.2 μm的无机膜过滤，分别用乙醇和水彻底清洗4~6次、在真空干燥箱中22~25 ℃ 干燥10~12 h，通过调节水热的温度来控制Co₃O₄的结晶形貌，制备四氧化三钴/氮掺杂石墨烯与储氢合金的复合材料Co₃O₄/ N‑RGO/HSAs。