一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料及其制备方法和应用技术

技术编号：40520908 阅读：5 留言：0更新日期：2024-03-01 13:39

本发明专利技术公开了一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料及其制备方法和应用，涉及电极材料领域。包括以下步骤：将葡萄糖和六水合硝酸钴溶于溶剂中，随后在170‑200℃条件下反应，煅烧、冷却后转移至氧气氛围中，在240‑260℃氧化5‑10h，得到多孔Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米球颗粒；随后和氧化石墨烯水热反应，获得Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/rGO复合材料。本申请通过葡萄糖调控Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体的形貌结构，得到形状规则、均匀分散并且尺寸合适的纳米小球，将单独分散的Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米小球导电性与导电性能强的柔性碳材料氧化石墨烯相复合，一定程度上缓解体积的膨胀率，该材料在作为锂离子电池负极材料时，表现出优异的电化学性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电极材料领域，尤其涉及一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

1、随着能源体系中可再生能源的使用占比提高，“源、网、荷、储”的新型电力系统不断提出，为解决新能源输出不稳定、调节能力不足，多引入储能设备赋予其灵活性和适应性，保障能源在必要时能够存储和释放，从而维持能源供给以及需求之间平衡。电化学储能尤其是锂离子电池，作为重要的储能元件，越来越多的被应用，然而面对不断发展的电动汽车、智慧电网等大规模储能需求应用场景，其性能以及经济性均无法达到要求。为此，需开发出更高性能、安全可靠以及价格更加低廉的锂离子电池。

2、目前使用石墨负极的商业锂电池性能已经逼近石墨理论上限(372mah/g)，想要进一步提升性能，就需要寻求新的负极材料。相比之下，理论容量为890mah/g的co3o4备受研究人员的青睐，被认为下一代锂电池的潜在负极材料。不过同其他基于转化机制的负极材料一样，co3o4电极与锂离子反应时体积会膨胀产生机械应力，电极结构可能承受不住反复形变而崩塌，同时co3o4具有较低的电导率，这些问题共同导致了电池容量迅速衰减以及不理想的稳定性能，阻碍其在锂离子电池中的商业应用。

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料及其制备方法和应用，将co3o4纳米球颗粒与导电性能强的柔性碳材料相复合，并且片层网状结构作为支撑，一定程度上缓解co3o4作为电极时体积的膨胀率，同时表现出优异的电化学性能。</p>

2、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之一提供了一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将葡萄糖溶于溶剂中，随后加入六水合硝酸钴，搅拌溶解，获得前驱体溶液；

4、(2)将前驱体溶液在170-200℃条件下反应5-8h，降温后离心、清洗、烘干，获得烘干产物；

5、(3)将烘干产物在惰性气体中煅烧，冷却后转移至氧气氛围中，在240-260℃氧化5-10h，得到多孔co3o4纳米球颗粒；

6、(4)将多孔co3o4纳米球颗粒和氧化石墨烯溶解在水中，超声混合均匀，水热反应后，离心、洗涤、干燥，获得co3o4/rgo复合材料。

7、本申请通过葡萄糖和六水合硝酸钴制备类金属有机框架，葡萄糖调控co3o4前驱体的形貌结构，借助葡萄糖酸根在高温惰性氛围下分解形成的碳的还原性，葡萄糖前驱体在温和的条件下即可被氧化，氧化过程中碳燃烧形成二氧化碳气体逸出，然后形成较多的空隙，缩短锂离子的扩散通道，最后得到形状规则、均匀分散并且尺寸合适的纳米小球，温和的反应条件下得到的氧化物，由于避免了较为剧烈的氧化条件，使得其结构得以完整的保留。同时，为了提升单独分散的co3o4纳米小球导电性，将其与导电性能强的柔性碳材料氧化石墨烯相复合，并且片层网状结构作为支撑，一定程度上缓解体积的膨胀率，并且相互独立的纳米小球经片层网状结构联系，增强材料与电解液的接触，该材料在作为锂离子电池负极材料时，表现出优异的电化学性能。

8、作为优选方案，在步骤(1)中，所述葡萄糖和六水合硝酸钴的摩尔比为20：(8-10)。

9、作为优选方案，在步骤(1)中，将葡萄糖在50-70℃恒温溶于溶剂中。

10、作为优选方案，在步骤(1)中，所述溶剂为异丙醇。

11、作为优选方案，在步骤(3)中，所述多孔co3o4纳米球颗粒的粒径为450-600nm。

12、作为优选方案，在步骤(3)中，煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为2-3h。

13、作为优选方案，在步骤(4)中，所述多孔co3o4纳米球颗粒和氧化石墨烯的质量比为1：(1-1.2)。

14、作为优选方案，在步骤(4)中，所述多孔co3o4纳米球颗粒、氧化石墨烯与水的质量比例为1：1：(0.8-1.2)。

15、作为优选方案，在步骤(4)中，水热反应温度为170-190℃，反应时间为5-8h。

16、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之二提供了一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料。

17、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之三提供了一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料在制备电极材料领域中的应用。

18、相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：

19、本申请通过葡萄糖调控co3o4前驱体的形貌结构，葡萄糖前驱体在温和的条件下即可被氧化，氧化过程中碳燃烧形成二氧化碳气体逸出，然后形成较多的空隙，缩短锂离子的扩散通道，最后得到形状规则、均匀分散并且尺寸合适的纳米小球，将单独分散的co3o4纳米小球导电性与导电性能强的柔性碳材料氧化石墨烯相复合，并且片层网状结构作为支撑，一定程度上缓解体积的膨胀率，并且相互独立的纳米小球经片层网状结构联系，增强材料与电解液的接触，该材料在作为锂离子电池负极材料时，表现出优异的电化学性能。

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【技术保护点】

1.一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述葡萄糖和六水合硝酸钴的摩尔比为20：(8-10)。

3.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将葡萄糖在50-70℃恒温溶于溶剂中。

4.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述多孔Co3O4纳米球颗粒的粒径为450-600nm。

5.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为2-3h。

6.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述多孔Co3O4纳米球颗粒和氧化石墨烯的质量比为1：(1-1.2)。

7.如权利要求1所述的一种片

8.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，水热反应温度为170-190℃，反应时间为5-8h。

9.一种如权利要求1-8任一所述的制备方法制备获得的片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料。

10.一种如权利要求9所述的片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料在制备电极材料领域中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将葡萄糖在50-70℃恒温溶于溶剂中。

4.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述多孔co3o4纳米球颗粒的粒径为450-600nm。

5.如权利要求1所述的一种片层还原氧化石墨烯包裹氧化钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为2-3h。

【专利技术属性】
技术研发人员：陆荟颖，汪绪先，代仕勇，吴跃隆，陈永秋，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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