本发明专利技术公开了一种金属氧化物/石墨烯复合材料，由纳米级金属氧化物和石墨烯组成，所述的金属氧化物为IIIA族金属的氧化物、IVA族金属的氧化物或VA族金属的氧化物。该复合材料中金属氧化物由于石墨烯的分散和承载作用能够均匀分布且粒度小，可有效提高金属氧化物在充放电过程中的稳定性和循环稳定性。本发明专利技术还公开了该复合材料的一步低温制备方法，具有工艺简单、成本低、周期短、能耗低等优点，适合大规模工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池用复合材料领域，具体涉及一种。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等优点、因此在数码相机、 移动电话和笔记本电脑等便携式电子产品中得到广泛应用，对于电动自行车和电动汽车也具有应用前景。目前商品化的锂离子电池一般采用碳基负极材料，这种材料虽然稳定性较高，但理论容量仅有372mAh · g—1。与碳材料相比，某些金属氧化物具有较高的理论容量，如SnO的理论容量高达 870mAh · g—1。这类金属氧化物有一个共性所含的金属可以和金属锂发生可逆的合金化和褪合金化反应，该反应提供可逆容量，而形成的Li2O作为基体，不再发生分解，其反应过程可以写成MxOy+ (nx+2y) Li — χ LinM+y Li2O虽然该反应可提供较高的容量，但由于合金化及褪合金化过程中体积变化较大， 引起容量的迅速衰减。目前，有效减缓容量快速衰减的方法一般是将金属氧化物与其它基体材料进行复合，较理想的基体材料是碳材料。在各种碳材料中，石墨烯因为其高的电导率、高的机械强度、大的比表面积剂及孔隙率，是非常理想的基体材料。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电化学稳定性和循环稳定性良好的金属氧化物/石墨烯复合材料。本专利技术提供了一种金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，该方法工艺简单， 能耗低、成本低，适合于大规模工业化生产。本专利技术发现将金属氧化物和石墨烯复合，可用来提高金属氧化物的电化学性能， 特别是循环稳定性。一种金属氧化物/石墨烯复合材料，由纳米级金属氧化物和石墨烯(G)组成，所述的金属氧化物为IIIA族金属的氧化物、IVA族金属的氧化物或VA族金属的氧化物。所述的金属氧化物可选用Bi203、Sb2O3> Sb2O5, In2O3> SnO, SnO2, PbO 或 Pb304。为了进一步提高复合材料的应用性能，所述的复合材料中石墨烯的重量百分含量优选为0. 5% 10%。所述的金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤1)将含IIIA族金属、IVA族金属或VA族金属的化合物溶于去离子水或有机溶剂中，得到浓度为0. 01mol/L 0. lmol/L的溶液，再加入氧化石墨烯(GO)，得到混合溶液；所述的GO的加入量为金属氧化物理论重量的 20% ；2)将步骤1)的混合溶液中加入还原剂水合胼，每毫克GO添加水合胼IyL 310 μ L，再加入碱性调节剂将PH值调至8 12，然后升温至100°C 250°C，反应4小时 48小时后冷却至室温，收集固体产物，经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到金属氧化物/石墨烯复合材料。为了达到更好的专利技术效果，优选在步骤1)的混合液中加入表面活性剂，所述的表面活性剂的摩尔数与过渡金属氧化物的理论摩尔数之比为0 2 1。所述的表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基磺酸钠(SDQ或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。当所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮时，其摩尔数以N-乙烯基吡咯烷酮单体的分子量换算。所述的含IIIA族金属、IVA族金属或VA族金属的化合物为氯化物、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或醋酸盐。所述的IIIA族金属为h ；所述的IVA族金属为Sn或1 ；所述的VA 族金属为Bi或Sb。所述的有机溶剂是乙醇、甲醇、乙二醇、1-丁醇、N, N-二甲基甲酰胺、卩比啶、乙二胺、苯或甲苯。所述的碱性调节剂是氨水、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。所述的金属氧化物/石墨烯复合材料可用作锂离子负极材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点1、本专利技术采用一步法在低温制备金属氧化物/石墨烯复合材料，具有工艺简单、 成本低、周期短、能耗低等优点，适合大规模工业化生产。2、由于石墨烯的分散和承载作用，所得复合材料中金属氧化物粒度小，直径约为 10 40纳米，且分布比较均勻，可有效提高其在充放电过程中的稳定性和循环稳定性。附图说明图1为实施例3所得SnO2/石墨烯复合材料的X射线衍射图谱，图1中所有衍射峰可归为SnA的衍射峰，图1中没有发现石墨烯的衍射峰，表明石墨烯层已被SnO2颗粒均勻分散；图2为实施例3所得SnO2/石墨烯复合材料的透射电镜照片。具体实施例方式实施例1以Bi (NO3)3 · 5H20为原料，将Bi (NO3)3 · 5H20溶于去离子水中，配制成80毫升 Bi (NO3) 3浓度为0. 04mol/L的溶液，再加入30毫克GO制得混合溶液；将混合溶液置于容量为100毫升的高压反应釜(填充度80%，体积百分比)中，加入0.3克表面活性剂PVP(其摩尔数以N-乙烯基吡咯烷酮单体的分子量换算)及100 μ L水合胼，再用6mol/L的NaOH 水溶液将PH值调至10，然后将反应釜密封，在190°C下反应12小时，自然冷却至室温；收集固体反应产物，将产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到0. 75g复合材料， 其中，石墨烯的重量百分含量为1.3%。所得的复合材料的X射线衍射图谱和透射电镜照片显示，所得的复合材料为 Bi2O3/石墨烯复合材料，其中Bi2O3颗粒尺寸呈纳米级，直径约为10纳米 20纳米，且分布比较均勻。恒电流充放电(电流密度^mAg—1，电压范围0. 05 1. 5V)测试表明，与纯纳米 Bi2O3相比，所得Bi2O3/石墨烯复合材料在充放电过程中的电化学循环稳定性明显提高。实施例2以釙Cl3为原料，将釙Cl3溶于去离子水中，配制成0. 02mol/L的溶液，再加入15毫克GO制得混合溶液；将80毫升混合溶液置于容量为100毫升的高压反应釜(填充度80%， 体积百分比)中，加入0. 2克表面活性剂SDS及60 μ L水合胼，再用25wt %氨水将pH值调至9，然后将反应釜密封，在180°C下反应8小时，自然冷却至室温；收集固体反应产物，将产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到0. 2g Sb2O3/石墨烯复合材料，其中，石墨烯的重量百分含量为3.2%。所得的复合材料的X射线衍射图谱和透射电镜照片显示，所得的复合材料为 Sb2O3/石墨烯复合材料，其中SlD2O3颗粒尺寸呈纳米级，直径约为15纳米 20纳米，且分布比较均勻。恒电流充放电(电流密度^mAg—1，电压范围0. 05 1. 5V)测试表明，与纯纳米 Sb2O3相比，所得Sb2O3/石墨烯复合材料在充放电过程中的电化学循环稳定性明显提高。实施例3以SnCl4 ·5Η20为原料，溶于乙醇中配制成SnCl4浓度为0. 01mol/L的溶液，再加入 10毫克GO制得混合溶液；将80毫升混合溶液置于容量为100毫升的高压反应釜(填充度 80 %，体积百分比)中，加入0. 1克表面活性剂SDS及30 μ L水合胼，再用6mol/L的KOH将 PH值调至8，然后将反应釜密封，在200°C下反应4小时，自然冷却至室温；收集固体反应产物，将产物经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥，得到0. Ilg SnO2/石墨烯复合材料， 其中，石墨烯的重量百分含量为4. 1 %。所得的复合材料的X射线衍射图谱和透射电镜照片分别如图1和图2，显示，所得的复合材料为SnO2/石墨烯复合材料，其中SnA颗粒尺寸呈纳米级，直径约为10纳米 20 纳米，且分布比较均勻。恒电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种金属氧化物／石墨烯复合材料，由纳米级金属氧化物和石墨烯组成，所述的金属氧化物为ＩＩＩＡ族金属的氧化物、ＩＶＡ族金属的氧化物或ＶＡ族金属的氧化物。
【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物/石墨烯复合材料，由纳米级金属氧化物和石墨烯组成，所述的金属氧化物为IIIA族金属的氧化物、IVA族金属的氧化物或VA族金属的氧化物。2.根据权利要求1所述的金属氧化物/石墨烯复合材料，其特征在于，所述的金属氧化物为 Bi203、Sb2O3> Sb2O5^ In2O3> SnO> SnO2> PbO 或 Pb304。3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物/石墨烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料中石墨烯的重量百分含量为0. 5% 10%。4.根据权利要求1所述的金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤1)将含IIIA族金属、IVA族金属或VA族金属的化合物溶于去离子水或有机溶剂中，得到浓度为0. 01mol/L 0. lmol/L的溶液，再加入G0，得到混合溶液；所述的GO的加入量为金属氧化物理论重量的 20% ；2)将步骤1)的混合溶液中加入还原剂水合胼，每毫克GO添加水合胼IyL 10μ L，再加入碱性调节剂将PH值调至8 12，然后升温至100°C 250°C，反应4小时 48小时后冷却至室温，收集固体产物，经去离子水和无水乙醇交替反复洗涤，干燥...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢健，刘双宇，宋文涛，郑云肖，曹高劭，赵新兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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