專利名稱:一種鋰離子電池石墨烯/WS<sub>2</sub>復合納米材料電極及制備方法
一種鋰離子電池石墨烯/WS2復合納米材料電極及制備方法本發明涉及鋰離子電池電極及其制備方法,尤其是用石墨烯納米片與復合材料作為電化學活性物質制備的高容量和循環性能穩定的鋰離子電池電極,屬于新型化學電源和新能源材料領域。
背景技術:
鋰離子電池具有比能量高、無記憶效應、環境友好等優異性能,已經廣泛應用于移動電話和筆記本電腦等便攜式移動電器。作為動力電池,鋰離子電池在電動自行車和電動汽車上也具有廣泛的應用前景。目前鋰離子電池的負極材料主要采用石墨材料(如石墨微球、天然改性石墨和人造石墨等),這些石墨材料具有較好的循環穩定性能,但是其容量較低,石墨的理論容量為372mAh/g。新一代鋰離子電池對電極材料的容量和循環穩定性能提出了更高的要求,不僅要求負極材料具有高的電化學容量,而且具有良好的循環穩定性能。石墨烯納米片以其獨特的二維納米片結構具有眾多獨特的物理、化學和力學等性能,具有重要的科學研究意義和廣泛的應用前景。石墨烯材料的發現者獲得2010年諾貝爾獎更是激發了人們對石墨烯材料研究的極大興趣。最近,石墨烯納米片及其復合材料的合成及其作為鋰離子電池負極材料的研究得到了廣泛關注。理論計算表明石墨烯納米片的兩側可以貯鋰,其理論容量為744mAh/g,是石墨理論容量(372mAh/g)的兩倍。Yoo等[Nano Letters, 2008,8 (8) =2277-2282]研究顯示石墨烯有較高的電化學可逆貯鋰容量(540mAh/ g),石墨烯與碳納米管或C6tl復合的復合材料的電化學貯鋰容量分別是730和784mAh/g。但是一些文獻報道石墨烯及其復合材料電極的循環性能還有待改善,循環性能欠佳很可能是由于石墨烯納米片不合適的排列、以及充放電過程中石墨烯納米片結構的不穩定或團聚。另一方面,具有類似石墨的典型層狀結構。層狀結構為三明治的層狀結構, 其層內是很強的共價鍵(S-W-S),層間則是較弱的范德華力,層與層之間容易剝離。1&較弱的層間作用力和較大的層間距允許通過插入反應在其層間引入外來的原子或分子。這樣的特性使們2材料可以作為插入反應的主體材料。因此,1&是一種有發展前途的用于高性能電池的電化學儲鋰和電化學儲鎂的電極材料。Seo等[Seo Jff, Jun Yff, Park Sff, et a., Angew. Chem. Int. Ed.,2007,46 :8828-8831]用氧化鎢納米棒為前軀體合成了納米片, 其電化學貯鋰容量為377mAh/g,但循環30次以后其容量保持率只保持了初始容量的64%, 其容量和循環性能都有待進一步改善。另外,雖然層狀化合物是一種很有前途的電化學儲鋰電極材料,但是作為電化學反應的電極材料,WS2的導電性能較差。由于石墨烯納米片和納米材料都具有良好的電化學貯鋰性能,作為新一代的鋰離子電池負極材料具有很好的應用前景,但是他們的電化學貯鋰容量和循環穩定性能還有待進一步提高。如果將石墨烯納米片和WS2納米材料復合得到復合納米材料,可以利用兩者的優點和協同作用增強復合材料的電化學貯鋰性能。石墨烯納米片的高導電性能可以進一步提高復合材料的導電性能,有利于電化學電極反應過程中的電子傳遞,增強復合材料的電化學性能;石墨烯超強的力學性能性能有利于保持充放電過程中電極結構的穩定,復合材料也可以抑制石墨烯納米片的團聚,因此大大提高其循環穩定性能。另外石墨烯納米片與納米材料復合,石墨烯納米片的大Π鍵與表面電子結構的相互作用,會形成一種新的不同物質之間的層狀結構,其層間距大于石墨的層間距,小于們2的層間距,適當的層間距結構有利增強復合材料的電化學貯鋰性能。但是,到目前為止,用石墨烯納米片Ih納米復合材料作為電化學活性物質制備具有高容量和高循環穩定性能的鋰離子電池電極還未見公開報道。最近生物小分子在納米材料合成中的應用得到了人們的廣泛關注。L-半胱氨酸含有多個功能團(如-NH2、-COOH和-SH),這些官能團可以提供配位原子與金屬陽離子形成配位鍵。L-半胱氨酸在合成過渡金屬硫化物納米材料中得到了應用。文獻Bhang B, Ye XC, Hou WY, Zhao Y, Xie Y. Biomolecule-assistedsynthesis and electrochemical hydrogen storage of Bi2S3 flowerlike patterns withwell-aligned nanorods. Journal of Physical Chemistry B,2006,110 (18) 8978 8985]用 L-半胱氨酸合成了花狀形貌的 Bi2S3納米結構材料。但是到目前為止,應用L-半胱氨酸來協助合成石墨烯與復合納米材料并制備鋰離子電池電極的方法還未見公開報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鋰離子電池石墨烯/,S2復合納米材料電極及制備方法,其特征在于該電極的活性物質為石墨烯納米片與的復合納米材料,其余為乙炔黑和聚偏氟乙烯,各組分的質量百分比含量為復合納米材料活性物質75-85%,乙炔黑 5-10%,聚偏氟乙烯10%,其中,復合納米材料活性物質中石墨烯納米片與WS2納米材料的物質量之比為1 1 4 1。本發明提供的一種鋰離子電池石墨烯/W&復合納米材料電極,其特征在于制備方法包括以下步驟1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將0.015-0. 072g石墨粉分散到 20-25mL濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的3_4倍,攪拌30-60分鐘, 溫度上升至30-35°C左右,加入40-50ml去離子水,攪拌20-30分鐘,加入10_15ml質量濃度 30%的H2O2,攪拌5-20分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將鎢酸溶解在去離子水中形成0. 02 0. 07M的溶液,加入L-半胱氨酸為硫源和還原劑,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為5 1 12 1,再將按第1)步所制備得到的氧化石墨納米片加入該溶液中,第1)步所用石墨原料物質的量與鎢酸的物質量之比為 1 1 4 1,超聲處理1-池,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,將該混合物轉入至水熱反應釜中密封,在250j90°C反應20-3他,得到的產物用離心分離,并用去離子水和無水乙醇洗滌、干燥,最后在90% N2-IO1^H2氛圍中800-1000°C熱處理池,得到石墨烯納米片與的復合納米材料。3)將石墨烯納米片/,S2復合納米材料作為電極的活性物質,與乙炔黑及質量濃度 5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合調成均勻的糊狀物,各組分質量百分比為納米復合材料活性物質75-85%,乙炔黑5-10%,聚偏氟乙烯10%,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上,干燥,滾壓得到電極。
本發明的方法具有反應條件溫和和工藝簡單的特點。本發明方法用石墨烯納米片與的復合納米材料為電極的活性物質制備的鋰離子電池的電極具有高的電化學貯鋰容量和超穩定的循環性能。與現有技術比較本發明的方法具有以下突出的優點(1)由于石墨烯納米片具有極高的比表面積、超強的力學性能、高的導電和導熱等優異性能,因此,本發明用石墨烯納米片與1&的復合納米材料制備電極有利于電極反應過程中的電子傳遞,增強復合納米材料電極的電化學性能。另外,由于石墨烯納米片的大π鍵與表面電子結構的相互作用,石墨烯納米片與納米材料的復合,會形成一種新的不同物質之間的電子結構,參與作用的電子會高度離域,有利于電化學反應過程中電子的快速傳遞。這種石墨烯納米片與的復合納米材料作為電極材料電化學貯鋰可以顯著增強其電化學性能。(2)本發明的反應過程中,氧化石墨烯納米片原位還原成石墨烯納米片,并與原位水熱反應形成的二硫化鎢納米材料復合形成復合材料。其優點是氧化石墨納米片含有豐富的含氧官能團(如羥基、羰基和羧基等),在水熱反應溶液中被超聲分散以后不再容易重新團聚或堆積在一起,而且氧化石墨表面的官能團通過絡合作用可以將鎢酸根吸附在氧化石墨納米片的表面,在還原性水熱反應過程中可以是原位生成的石墨烯納米片和二硫化鎢納米材料高度均勻復合,熱處理得到石墨烯納米片和二硫化鎢的復合納米材料。(3) L-半胱氨酸含有多個功能團(如-ΝΗ2、-COOH和_SH),這些官能團可以提供配位原子與離子形成配位鍵。因此,L-半胱氨酸可以和溶液中的鎢酸根中的中心鎢離子形成配位。同時由于溶液中氧化石墨烯納米片的存在,就形成了氧化石墨烯納米片-鎢酸根-L-半胱氨酸的配位形式,在還原性水熱反應過程中可以是原位生成的石墨烯納米片和二硫化鎢納米材料高度均勻復合的納米材料,熱處理得到石墨烯納米片和二硫化鎢的復合納米材料。(4)制備過程中的中間產物中石墨烯納米片的存在,可以抑制熱處理過程中二硫化鎢的過度的晶體生長和團聚,得到相對結晶度較低和層數較少的二硫化鎢納米材料與石墨烯納米片的復合納米材料,這樣的復合納米材料具有高的電化學貯鋰容量和超穩定的循環性能。(3)本發明的方法具有反應條件溫和,工藝簡單,產率高且重現性好的優點。由于石墨烯納米片與WS2的協同作用,本發明用石墨烯納米片與WS2的復合納米材料為電極的活性物質制備的鋰離子電池的電極具有高的電化學貯鋰容量和超穩定的循環性能。
具體實施例方式實施例1 1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將1.25mmOl(0.015g)石墨粉分散到 20mL濃硫酸中,攪拌下加入0. 03g KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的3倍,攪拌30分鐘,溫度上升至30°C左右,加入45ml去離子水,攪拌20分鐘,加入IOml質量濃度30%的H2O2,攪拌5分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將1. 25mmol鎢酸溶解在63ml去離子水中,形成0. 02M的溶液,加入6. 25mmol
5的L-半胱氨酸攪拌均勻,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為5.0 1,然后將第1)步用
1.25mmol (0. 015g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,所用石墨原料的物質的量與溶液中鎢酸物質量比為1 1,超聲處理l.Oh,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于26°C下水熱反應M小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱處理池, 得到石墨烯納米片與WS2的復合納米材料,復合納米材料中石墨烯納米片與WS2的物質量之比為1 1。SEM,EDS和XRD分析表明復合材料為石墨烯納米片與們2的復合納米材料。3)用上述制得的石墨烯納米片與1&的復合納米材料作為電化學活性物質制備電極,將納米復合材料活性物質和乙炔黑與質量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合,調成均勻的糊狀物,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上, 然后在120°C下真空干燥12h,取出后再經過滾壓得到電極。其中各組分的質量百分比含量為納米復合材料活性物質80%,乙炔黑10%,聚偏氟乙烯10%。4)用鋰箔作為對電極和參比電極,電解液為1. OM LiPF6的EC/DMC溶液(1 Iin volume),隔膜是聚丙稀膜(Celguard-2300),在充滿氬氣的手提箱中組裝成測試電池。電池恒電流充放電測試在程序控制的自動充放電儀器上進行,充放電電流密度100mA/g,電壓范圍 0. 01 3. OOV。作為對比,將1. 25mmol鎢酸溶解在63ml去離子水中,形成0. 02M的溶液,加入 6. 25mmol的L-半胱氨酸攪拌均勻,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為5.0 1,將該溶液轉移至水熱反應釜中,于260°C下水熱反應M小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱處理池,得到納米材料。用所得到的WS2納米材料作為電化學活性物質按上述同樣的的方法制備工作電極,并按上述同樣的方法測試其電化學嵌脫鋰可逆容量和循環性能。電化學測試結果顯示用實施例1合成的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極,其初始可逆容量達到743mAh/g,在循環100次以后,容量為731mAh/g。而以水熱合成的納米材料為活性物質的電極,其初始可逆容量最高達到567mAh/g,但是在循環 100次以后其容量下降到322mAh/g。說明用石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極比納米材料電極具有更高的比容量和更高的循環穩定性能。實施例2 1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將2. 5mmol (0. 03g)石墨粉分散到25mL 濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的4倍,攪拌40分鐘,溫度上升至 33°C左右,加入50ml去離子水,攪拌25分鐘,加入12ml質量濃度30%的H2O2,攪拌5-10分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將1.25mmol鎢酸溶解在63ml去離子水中,形成0. 02M的溶液,加入7. 5mmol的 L-半胱氨酸攪拌均勻,其中L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為6 1,然后將第1)步用
2.5mmol (0. 03g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,所用石墨原料的物質的量與溶液中鎢酸物質量比為2 1,超聲處理1.證,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于270°C下水熱反應觀小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中850°C熱處理池,得到石墨烯納米片與WS2的復合納米材料,復合納米材料中石墨烯納米片與WS2的物質量之比為2 1。SEM,EDS,XRD和TEM分析表明復合材料為石墨烯納米片與們2的復合納米材料。3)用上述制得的石墨烯納米片與1&的復合納米材料作為電化學活性物質制備電極,將納米復合材料活性物質和乙炔黑與質量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合,調成均勻的糊狀物,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上, 然后在120°C下真空干燥12h,取出后再經過滾壓得到電極。其中各組分的質量百分比含量為納米復合材料活性物質80%,乙炔黑10%,聚偏氟乙烯10%。按實施例1的方法組裝成測試電池和進行電極的電化學性能的測試。作為比較,將7.5mmol的L-半胱氨酸溶解在63ml去離子水中,然后加入用 2. 5mmol(0. 03g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,超聲處理1. 5h,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于270°C下水熱反應觀小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,得到的產物為石墨烯納米片。用所得到石墨烯納米片作為電化學活性物質,按上述同樣的的方法制備工作電極,并按上述同樣的方法測試其電化學嵌脫鋰可逆容量和循環性能。電化學測試結果顯示用實施例2合成的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極,其初始可逆容量達到1030mAh/g,在循環100次以后,容量為995 mAh/g。而以水熱合成的石墨烯納米片為活性物質的電極,其初始可逆容量為753mAh/g,但是在循環100 次以后其容量下降到452mAh/g。說明用石墨烯納米片與們2的復合納米材料制備的電極比石墨烯納米片電極具有更高的比容量和更高的循環穩定性能。實施例3 1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將5. Ommol (0. 06g)石墨粉分散到25mL 濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的4倍,攪拌50分鐘,溫度上升至 35°C左右,加入50ml去離子水,攪拌30分鐘,加入20ml質量濃度30%的H2O2,攪拌15分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將1. 25mmol鎢酸溶解在63ml去離子水中,形成0. 02M的溶液,加入15mmol 的L-半胱氨酸攪拌均勻,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為12 1,然后將第1)步用 5. Ommol (0. 06g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,所用石墨原料的物質的量與溶液中鎢酸物質量比為4 1,超聲處理2. 0h,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于250°C下水熱反應30小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中800°C熱處理池, 得到石墨烯納米片與WS2的復合納米材料,復合納米材料中石墨烯納米片與WS2的物質量之比為4 1。SEM,EDS和XRD分析表明復合材料為石墨烯納米片與們2的復合納米材料。3)用上述制得的石墨烯納米片與1&的復合納米材料作為電化學活性物質制備電極,將納米復合材料活性物質和乙炔黑與質量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合,調成均勻的糊狀物,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上, 然后在120°C下真空干燥12h,取出后再經過滾壓得到電極。其中各組分的質量百分比含量為納米復合材料活性物質80%,乙炔黑10%,聚偏氟乙烯10%。
按實施例1的方法組裝成測試電池和進行電極的電化學性能的測試。電化學測試結果顯示用實施例3合成的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極,其初始可逆容量達到890mAh/g,在循環100次以后,容量為858mAh/g。說明用石墨烯納米片與的復合納米材料制備的電極比上述職位比較的納米材料電極和石墨烯納米片電極具有更高的比容量和更好的循環穩定性能。實施例4 1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將4.5mmOl(0.0Mg)石墨粉分散到 25mL濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的3倍,攪拌40分鐘,溫度上升至30°C左右,加入50ml去離子水,攪拌M分鐘,加入20ml質量濃度30%的H2O2,攪拌10分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將1. 5mmol鎢酸溶解在60ml去離子水中,形成0. 03M的溶液,加入15mmol的 L-半胱氨酸攪拌均勻,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為10 1,充分攪拌后,然后將第 1)步用4.5mmOl(0.0Mg)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,所用石墨原料的物質的量與溶液中鎢酸物質量比為3 1,超聲處理1. ,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于觀01下水熱反應沈小時,自然冷卻,離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中900°C熱處理池,得到石墨烯納米片與的復合納米材料,復合納米材料中石墨烯納米片與1&的物質量之比為3 1。SEM,EDS,XRD分析表明復合材料為石墨烯納米片與們2的復合納米材料;3)用上述制得的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料作為電化學活性物質制備電極,將納米復合材料活性物質和乙炔黑與質量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合,調成均勻的糊狀物,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上, 然后在120°C下真空干燥12h,取出后再經過滾壓得到電極。其中各組分的質量百分比含量為納米復合材料活性物質85 %,乙炔黑5 %,聚偏氟乙烯10 %。按實施例1的方法組裝成測試電池和進行電極的電化學性能的測試。測試結果顯示用實施例4合成的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極,其初始可逆容量為 806mAh/g,在循環100次以后,容量為782mAh/g。說明用石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極比上述比較例的WS2納米材料電極和石墨烯納米片電極具有更高的比容量和更好的循環穩定性能。實施例5 1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將4.2mmol(0.051g)石墨粉分散到 25mL濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的4倍,攪拌52分鐘,溫度上升至32°C左右,加入40ml去離子水,攪拌15分鐘,加入15ml質量濃度30%的H2O2,攪拌8分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將4. 2mmol鎢酸溶解在60ml去離子水中,形成0. 07M的溶液,加入25. 2mmol 的L-半胱氨酸攪拌均勻,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為6 1,然后將第1)步用 4. 2mmol(0. 051g)的石墨所制備的氧化石墨納米片加入該溶液中,所用石墨原料的物質的量與溶液中鎢酸物質量比為1 1,超聲處理1. ,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,然后將該混合物轉移至水熱反應釜中,于觀0°c下水熱反應25小時,自然冷卻, 離心分離,用去離子水充分洗滌后收集并干燥,最后在90% N2-10% H2氛圍中950°C熱處理 2h,得到石墨烯納米片與WS2的復合納米材料,復合納米材料中石墨烯納米片與WS2納米材料的物質量之比為1 1。SEM,EDS,XRD分析表明復合材料為石墨烯納米片與們2的復合納米材料;3)用上述制得的石墨烯納米片與1&的復合納米材料作為電化學活性物質制備電極,將納米復合材料活性物質和乙炔黑與質量濃度5%的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合,調成均勻的糊狀物,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上, 然后在120°C下真空干燥12h,取出后再經過滾壓得到電極。其中各組分的質量百分比含量為納米復合材料活性物質80%,乙炔黑10%,聚偏氟乙烯10%。按實施例1的方法組裝成測試電池和進行電極的電化學性能的測試。電化學測試結果顯示用實施例5合成的石墨烯納米片與WS2的復合納米材料制備的電極,其初始可逆容量為756mAh/g,在循環100次以后,容量為732mAh/g。說明用石墨烯納米片與的復合納米材料制備的電極比上述比較例的納米材料電極和石墨烯納米片電極具有更高的比容量和更好的循環穩定性能。
權利要求
1.一種鋰離子電池石墨烯/W&復合納米材料電極,其特征在于該電極的活性物質為石墨烯納米片與的復合納米材料,其余為乙炔黑和聚偏氟乙烯,各組分的質量百分比含量為復合納米材料活性物質75-85 %,乙炔黑5-10 %,聚偏氟乙烯10 %,其中,復合納米材料活性物質中石墨烯納米片與納米材料的物質量之比為1 1 4 1。
2.權利要求1所述的一種鋰離子電池石墨烯/W&復合納米材料電極,其特征在于制備方法包括以下步驟1)氧化石墨納米片的制備在0°C冰浴下,將0.015-0. 072g石墨粉分散到20_25mL濃硫酸中,攪拌下加入KMnO4,所加KMnO4的質量是石墨的3_4倍,攪拌30-60分鐘,溫度上升至30-35°C左右,加入40-50ml去離子水,攪拌20-30分鐘,加入10_15ml質量濃度30%的 H2O2,攪拌5-20分鐘,經過離心分離,用質量濃度5% HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片;2)將鎢酸溶解在去離子水中形成0.02 0. 07M的溶液,加入L-半胱氨酸為硫源和還原劑,L-半胱氨酸與鎢酸的物質量的比為5 1 12 1,再將按第1)步所制備得到的氧化石墨納米片加入該溶液中,第1)步所用石墨粉原料物質的量與鎢酸的物質量之比為 1 1 4 1,超聲處理1-池,使氧化石墨納米片充分分散在水熱反應溶液中,將該混合物轉入內襯聚四氟乙烯的水熱反應釜中密封,在250j90°C反應20-3他,得到的產物用離心分離,并用去離子水和無水乙醇洗滌、干燥,最后在90% N2-IO% H2氛圍中800-1000°C熱處理池,得到石墨烯納米片與的復合納米材料;3)將石墨烯納米片/,S2復合納米材料作為電極的活性物質,與乙炔黑及質量濃度5% 的聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在攪拌下充分混合調成均勻的糊狀物,各組分質量百分比為納米復合材料活性物質75-85%,乙炔黑5-10%,聚偏氟乙烯10%,將該糊狀物均勻地涂到作為集流體的銅箔上,干燥,滾壓得到電極。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電池石墨烯/WS2復合納米材料電極及制備方法,電極的活性物質為石墨烯納米片與WS2的復合納米材料,其余為乙炔黑和聚偏氟乙烯,各組分的質量百分比含量為復合納米材料活性物質75-85%,乙炔黑5-10%,聚偏氟乙烯10%,其中,復合納米材料活性物質中石墨烯納米片與WS2納米材料的物質量之比為1∶1~4∶1。本發明的電極制備方法包括用化學氧化法以石墨為原料制備氧化石墨納米片、在氧化石墨納米片存在下一步水熱原位還原法合成得到石墨烯納米片/WS2復合納米材料、最后以石墨烯納米片/WS2復合納米材料為活性物質制備電極。本發明的電極不僅具有高的電化學貯鋰可逆容量,而且具有優異的循環穩定性能,在新一代的鋰離子電池中具有廣泛的應用。
文檔編號H01M4/133GK102214816SQ20111004644
公開日2011年10月12日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者周雨方, 孫高潮, 楊蘭生, 章濤, 陳衛祥 申請人:浙江振龍電源股份有限公司