-石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電池的電極材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體涉及一種用于鋰離子電池負(fù)極的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)，作為主要能源的煤炭、石油天然氣等化石燃料日益枯竭，且造成的環(huán)境污染不斷加劇。為實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)新能源和清潔能源就顯得迫在眉睫。在諸多新能源技術(shù)中，鋰離子二次電池以其高能量密度、高功率密度、循環(huán)壽命長(zhǎng)和使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]釩酸銅(CuxVyOz)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)，在嵌入/脫嵌鋰離子過(guò)程中可以進(jìn)行多步還原(Cu2VCu+及CuVCut3)特性，被認(rèn)為是具有潛在應(yīng)用價(jià)值的鋰離子電池電極材料[ChengFjChen J.Transit1n metal vanadium oxides and vanadate materials for lithiumbatteries [J].Journal of Materials Chemistry，2011，21(27):9841-9848.].由于銅的多步還原性，釩酸銅能夠提供更高的能量密度。但目前對(duì)于釩酸銅的研究主要以作為正極材料的CuV2O6為主。如Hua Ma等以水熱合成手段制備出Ct-CuV2O6納米線。該材料直徑約10nm左右，長(zhǎng)數(shù)微米，比表面積達(dá)62m2/g ；在20mA/g的電流密度下該材料首次放電容量達(dá)至丨J為512mAh.g—1 ο[Hua M,Shaoyan Z,ffeiqiang J , et al.a-CuV206nanowires:hydrothermal synthesis and primary lithium battery applicat1n[J].Journal ofthe American Chemical Society，2008，130(30): 5361-5367.]。而C112V2O7材料，雖然可嵌鋰數(shù)量最大，但在充放電過(guò)程中，Cu2V2O7晶格會(huì)遭到徹底破壞，進(jìn)而使其循環(huán)性能變差，不適于作為正極材料。[Ilic D ,Neumann D.Characterizat1n of Cu2V207as cathodematerial for lithium cells by X-ray and photoelectron spectroscopy[J].Journal of Power Sources，1993,44( 1-3): 589-593.]。所以有必要通過(guò)某種方法來(lái)彌補(bǔ)此缺點(diǎn)，結(jié)合其比容量高的特點(diǎn)，使之可實(shí)際應(yīng)用于鋰離子電池電極材料中。
[0004]電極材料的性能主要取決于材料的晶體結(jié)構(gòu)、粒徑分布，形貌、孔隙率導(dǎo)電性等。石墨烯材料是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。將之與電極材料復(fù)合可極大地改善電池性能。Jang B Z等論述了以石墨稀作為下一代高儲(chǔ)能設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，認(rèn)為采用石墨稀作為電極材料可使單電池能量密度達(dá)到160Wh/kg JJang BZjLiu CjNeff D,et al.Graphene Surface-Enabled Lithium 1n-Exchanging Cells:Next-Generat1n High-Power Energy Storage Devices[J].Nano Letters,2011,11(9):3785-3791]o

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋰離子電池負(fù)極的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，該方法能夠有效地調(diào)控粉體的形貌，提升電池性能，操作方便，無(wú)需專(zhuān)業(yè)設(shè)備，所制得的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料循環(huán)穩(wěn)定性高，可逆容量大。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種用于鋰離子電池負(fù)極的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)向H2027K溶液中加入V2O5，得到紅棕色透明溶液A;同時(shí)將Cu2O分散于去離子水與乙醇的混合溶液中，獲得懸浮液B;
[0009]2)將紅棕色透明溶液A逐滴滴入到懸浮液B中，然后加入石墨烯分散液，攪拌均勻后，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50?100°C，反應(yīng)時(shí)間為10?50h，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物離心洗滌，干燥，得到粉末;其中，紅棕色透明溶液A中的V2O5與懸浮液B中的Cu2O的摩爾比為1:1;紅棕色透明溶液A中V2O5與石墨稀分散液中石墨稀的比為0.005mol:2?1mg;
[0010]3)將粉體均勻鋪在瓷舟中，于氬氣保護(hù)下，在200?400°C下保溫0.1?2h;之后隨爐冷卻，得到用于鋰離子電池負(fù)極的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料。
[0011 ]所述的步驟I)中H2O2水溶液的體積分?jǐn)?shù)為16.7%。
[0012]所述的步驟I)中向50mL H2O2水溶液中加入0.005mol V2O5。
[0013]所述的步驟I)中懸浮液B是通過(guò)將Cu2O分散到去離子水與乙醇的混合溶液中，并且Cu2O與去離子水與乙醇的混合溶液的比為0.005mol: 100mL。
[0014]所述去離子水和乙醇混合液中去離子水與乙醇的體積比為(I?3):1。
[0015]所述的步驟2)中石墨烯分散液是將石墨烯超聲分散于去離子水中超聲分散后，得到石墨稀分散液，并且濃度為lmg/mL。
[0016]所述步驟2)中的洗滌是采用去離子水進(jìn)行的。
[0017]所述步驟2)中干燥的溫度為60°C，時(shí)間為12h。
[0018]所述步驟3)中以5°C/min的升溫速率升溫至200°C-400°C。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:首先本發(fā)明采用低溫水熱晶化法制備出Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料，制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)需高溫環(huán)境;其次通過(guò)復(fù)合石墨烯，克服了其在充放電條件下晶格被徹底破壞從而使電池循環(huán)性能變壞的缺點(diǎn)，極大的提升了 Cu2V2O7的循環(huán)穩(wěn)定性，且可逆容量大。首次放電比容量為658mAh/g，經(jīng)120循環(huán)后，可逆比容量為297mAh/g，并呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。本發(fā)明制備周期短，工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，反應(yīng)溫度低，能耗低，節(jié)約生產(chǎn)成本，適合大規(guī)模生產(chǎn)制備。由此可以看出，該材料有望替代石墨作為下一代鋰離子電池負(fù)極材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例2制得的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的XRD圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的SEM圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制得的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料的循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]I)攪拌下，將0.005moI分析純的五氧化二釩(V2O5)溶解于50mL體積分?jǐn)?shù)為16.7%的H2O2水溶液中，得到棕紅色透明溶液A;同時(shí)，將0.005mol氧化亞銅粉體在攪拌下加入到10mL去離子水和乙醇的混合溶液中獲得懸浮液B。其中，所述的去離子水和乙醇混合液體積比為1:1;
[0026]2)在劇烈攪拌下，將透明溶液A逐滴滴入到懸浮液B中，然后向其中加入2mL的Img/mL石墨烯分散液，攪拌均勻后，入釜置于烘箱中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時(shí)間為10h，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物離心、并用去離子水洗滌三次，于烘箱中60°C干燥12h，得到粉末；其中，石墨烯分散液是將石墨烯加入到去離子水中超聲分散制得，并且濃度為lmg/mL;
[0027]3)將干燥后的粉體均勻鋪在瓷舟中，于氬氣保護(hù)下，在以5°C/min的升溫速率升溫至200°C并保溫0.5h;之后隨爐冷卻，得到用于鋰離子電池負(fù)極的Cu2V2O7-石墨烯復(fù)合材料。
[0028]實(shí)施例2
[0029]I)攪拌下，將0.005moI分析純的五氧化二釩(V2O5)溶解于50mL體積分?jǐn)?shù)為16.7%的H2O2水溶液中，得到棕紅色透明溶液A;同時(shí)，將0.005mol氧化亞銅粉體在攪拌下加入到10mL去離子水和乙醇的混合溶液中獲得懸浮液B。其中，所述的去離子水和乙醇混合液體積比為2:1;
[0030]2)在劇烈攪拌下，將透明溶液A逐滴滴入到懸浮液B中，然后向其中加入5mL的Img/mL石墨烯分散液，攪拌均勻后，入釜置于烘箱中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間為20h，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物離心、并用去離子水洗滌三次，于烘箱中60°C干燥12h，得到粉末；其中，石墨烯分散液是將石墨烯加入到去離子水中