一种柔性锂离子电池负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种柔性锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，属于电池领域。本发明专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。本发明专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料中，钴钼硫化物具有高的理论比容量，其中Mo具有多个氧化态，与Co在电化学反应中具有协同作用，从而有利于提高柔性锂离子电池负极材料的能量密度。实施例结果表明，本发明专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料在100mA/g电流密度下，可达到1300mAh/g的容量，能量密度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性锂离子电池负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种柔性锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，电动汽车、手机、电脑等得到广泛应用，因此储能设备的发展得到了广泛地关注。其中，锂离子电池由于其高的能量密度得到迅速发展，但目前商业化的锂离子电池中，作为负极材料的石墨容量太低，无法满足发展需要，所以开发高性能的负极材料是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种柔性锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料能量密度较高。本专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。优选的，当所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，所述石墨烯层和钴钼硫化物层的循环次数为2～4次。本专利技术还提供了上述技术方案所述柔性锂离子电池负极材料的制备方法，当所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层时，包括以下步骤：(1)将石墨烯水分散液喷洒到柔性衬底上后干燥，得到石墨烯层-柔性衬底；(2)将所述步骤(1)得到的石墨烯-柔性衬底和活性物溶液混合进行溶剂热反应，得到钴钼化合物层-石墨烯层-柔性衬底；所述活性物溶液为钴盐、钼盐、六次亚甲基四胺、水合肼在水中形成的混合溶液；(3)将石墨烯水分散液喷洒到钴钼化合物层表面，形成保护层，得到石墨烯保护层-中间层-柔性衬底；(4)将所述步骤(3)得到的石墨烯保护层-中间层-柔性衬底和硫化物水溶液混合进行硫化反应，得到柔性锂离子电池负极材料；当所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，完成步骤(2)后，重复进行步骤(1)和(2)，然后再进行步骤(3)和步骤(4)。优选的，所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，步骤(1)和(2)重复进行的次数为2～4次。优选的，所述步骤(2)活性物溶液中钴盐、钼盐和六次亚甲基四胺的摩尔比为6～30:1～3:15～20，所述活性物溶液中钴盐的浓度为0.03～0.06mol/L。优选的，所述步骤(2)活性物溶液中水合肼的浓度为0.004～0.008mol/L。优选的，所述步骤(2)中溶剂热反应的温度为150～170℃，时间为20～26h。优选的，所述步骤(4)中硫化物包括硫代乙酰胺和/或硫脲；所述硫化物水溶液的浓度为0.01～0.3mol/L。优选的，所述步骤(4)中硫化反应的温度为120～150℃，时间为3～5h。本专利技术还提供了上述技术方案所述柔性锂离子电池负极材料或者上述技术方案所述方法制备得到的柔性锂离子电池负极材料在锂离子电池中的应用。本专利技术提供了一种柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。本专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料中，钴钼硫化物具有高的理论比容量，其中Mo具有多个氧化态，与Co在电化学反应中具有协同作用，从而有利于提高柔性锂离子电池负极材料的能量密度；钴钼硫化物在石墨烯层上生成，所述石墨烯层为钴钼硫化物提供生长位点，以形成锂离子电池负极材料。实施例结果表明，本专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料在100mA/g电流密度下，可达到1300mAh/g的容量，能量密度较高。附图说明图1为本专利技术实施例1～2制备得到的柔性锂离子电池负极材料的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制备得到的柔性锂离子电池负极材料的XPS谱图；图3为本专利技术实施例1制备得到的柔性锂离子电池负极材料的电化学性能谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。在本专利技术中，所有原料如无特殊说明，均为市售商品。在本专利技术所述柔性锂离子电池负极材料中，当所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层时，所述柔性锂离子电池负极材料的结构依次为柔性衬底层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯保护层；当所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，所述石墨烯层和钴钼硫化物层的循环次数优选为2～4次。当循环次数为2次时，所述柔性锂离子电池负极材料的结构依次为柔性衬底层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯保护层；当循环的次数为3次时，所述柔性锂离子电池负极材料的结构依次为柔性衬底层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯保护层；当循环的次数为4次时，所述柔性锂离子电池负极材料的结构依次为柔性衬底层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯层、钴钼硫化物层、石墨烯保护层。在本专利技术中，石墨烯层和钴钼硫化物层循环的次数越多，柔性锂离子电池负极材料的能量密度越大。在本专利技术中，所述柔性衬底层的材质优选为布或纸，进一步优选为面膜纸，本专利技术对面膜纸的种类没有特别要求，使用过的面膜纸或者未使用过的面膜纸均可。本专利技术优选以使用过的面膜纸为柔性衬底层，所述面膜纸具有优异的亲水性能和轻薄的材质，有利于提高电池的能量密度，而且有利于资源再利用。本专利技术提供的柔性锂离子电池负极材料中钴钼硫化物具有高的理论比容量，其中Mo具有多个氧化态，与Co在电化学反应中具有协同作用；石墨烯层为钴钼硫化物层提供生长位点，从而有利于得到能量密度高的柔性锂离子电池负极材料。本专利技术还提供了上述技术方案所述柔性锂离子电池负极材料的制备方法，当所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层时，包括以下步骤：(1)将石墨烯水分散液喷洒到柔性衬底上后干燥，得到石墨烯层-柔性衬底；(2)将所述步骤(1)得到的石墨烯-柔性衬底和活性物溶液混合进行溶剂热反应，得到钴钼化合物层-石墨烯层-柔性衬底；所述活性物溶液为钴盐、钼盐、六次亚甲基四胺、水合肼在水中形成的混合溶液；(3)将石墨烯水分散液喷洒到钴钼化合物层表面，形成保护层，得到石墨烯保护层-中间层-柔性衬底；(4)将所述步骤(3)得到的石墨烯保护层-中间层-柔性衬底和硫化物水溶液混合进行硫化反应，得到柔性锂离子电池负极材料。本专利技术将石墨烯水分散液喷洒到柔性衬底上，然后进行干燥，得到石墨烯层-柔性衬底。在本专利技术中，所述石墨烯水分散液的浓度优选为1～4mg/mL，进一步优选为2～3mg/mL。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为50～70℃，进一步优选为60℃；所述干燥的时间优选为10～25h，进一步优选为15～20h。得到石墨烯层-柔性衬底后，本专利技术将石墨烯层-柔性衬底和活性物溶液混合进行溶剂热反应，得到钴钼化合物层-石墨烯层-柔性衬底。在本专利技术中，所述活性物溶液为钴盐、钼盐、六次亚甲基四胺和水合肼在水中形成的混合溶液，所述钴盐、钼盐和六次亚甲基四胺的摩尔比优选为6～30:1～3:15～20，进一步优选为10～25:1～3:16～19，更优选为15～20:1～3:17～18，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性锂离子电池负极材料，自下而上依次为柔性衬底层、中间层和石墨烯保护层，所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层；或者所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层，其中与柔性衬底层接触的是石墨烯层。2.根据权利要求1所述的柔性锂离子电池负极材料，其特征在于，当所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，所述石墨烯层和钴钼硫化物层的循环次数为2～4次。3.权利要求1或2所述柔性锂离子电池负极材料的制备方法，当所述中间层为层叠的单层石墨烯层和单层钴钼硫化物层时，包括以下步骤：(1)将石墨烯水分散液喷洒到柔性衬底上后干燥，得到石墨烯层-柔性衬底；(2)将所述步骤(1)得到的石墨烯-柔性衬底和活性物溶液混合进行溶剂热反应，得到钴钼化合物层-石墨烯层-柔性衬底；所述活性物溶液为钴盐、钼盐、六次亚甲基四胺、水合肼在水中形成的混合溶液；(3)将石墨烯水分散液喷洒到钴钼化合物层表面，形成保护层，得到石墨烯保护层-中间层-柔性衬底；(4)将所述步骤(3)得到的石墨烯保护层-中间层-柔性衬底和硫化物水溶液混合进行硫化反应，得到柔性锂离子电池负极材料；当所述中间层为循环交替层叠的石墨烯层和钴钼硫化物层时，完成步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海珠，李艳飞，师艳红，林健，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22