[发明专利]v2o5/石墨烯复合材料制备方法及电池正极

说明书

技术领域

本发明涉及电池电极材料及其制备技术领域，具体地涉及一种适用于做电池电极材料的v2o5/石墨烯复合材料制备方法。

背景技术

目前，能源短缺已成为各级政府日益关心的问题，清洁、再生、安全可靠能源的使用已迫在眉睫。锂离子电池因其较高的能量密度、良好的循环稳定性和低自放电率等优点，是性能优异的可再生化学能源之一。在诸多的锂离子电池正极材料中，具有层状结构的正交相V2O5以其原料来源广泛、价格相对低廉、容易制备、安全性好等优点受到了广泛关注，被认为是非常有应用前景的新一代锂离子电池正极材料。然而较差的循环稳定性、较低的锂离子扩散系数和不良的电子导电性一直是制约V2O5作为锂离子电池正极材料实际应用的关键问题。

V2O5由于它的插层结构和高能量密度等优点可应用在电极材料上，然而V2O5受电子传输阻力较大的限制导致其在高倍率时比容量较低和循环性能较差。石墨烯被作为复合材料而引入，不但增强导电性且可以防止钒溶解。其中，V2O5网络嵌入在石墨烯片层之内，V2O5是锂离子接收主体，石墨烯纳米层为电子传输提供通道，该复合材料作为电极时具有良好的离子嵌入脱出性能、良好的循环性能及高比容量。因此，五氧化二钒与石墨烯的复合材料作为锂离子电池及超级电容器的电极材料表现出前所未有的优势。

为此，现提供一种v2o5/石墨烯复合材料制备方法及电池正极。

发明内容

因此，本发明提供一种v2o5/石墨烯复合材料制备方法及电池正极。

为此，本发明提供了v2o5/石墨烯复合材料制备方法，其包括以下步骤：

步骤一、称取 V2O5粉体和石墨烯粉体，其满足如下质量比为：80:1 ~ 100:1，并在恒温条件下将V2O5 粉体和石墨烯粉体分批次加入到去离子水中，得到黑褐色液体,其中，去离子水和V2O5粉体满足一下比例要求：去离子水（ml）：V2O5粉体（g）=10:1~15:1；

步骤二、在搅拌的条件下添加浓度为35%的H2O2，并持续反应10~60 min，然后加入去离子水，继续超声反应45~120min，得到黏稠凝胶液体，其中，V2O5粉体和H2O2满足一下比例要求：V2O5粉体（g）：H2O2（ml）=1:2~1:5，去离子水和H2O2满足一下比例要求：去离子水（ml）：H2O2（ml）=50:1~5:1；

步骤三、在10~40 ℃条件下，将黏稠液体静置6~24 h，形成果冻状凝胶；

步骤四、将凝胶加去离子水稀释2~5倍，搅拌均匀后，放入超低温冰箱中，冷冻6~24 h；

步骤五、将上述冷冻完全的样品置于冷冻干燥机中，进行冷冻干燥12~48 h，得到V2O5/石墨烯前驱体；

步骤六、将冷冻干燥好的V2O5/石墨烯前驱体在空气中300~450℃下烧结1~4 h，得到V2O5/石墨烯复合材料。

在步骤一中，称取0.50~2.00 g V2O5粉体和 0.01~0.10 g石墨烯粉体，且满足如下质量比为：80:1 ~ 100:1，并在恒温水浴搅拌的条件下将V2O5 粉体和石墨烯粉体分批次加入到5~30 mL去离子水中，得到黑褐色液体。

在步骤二中，在磁力搅拌的条件下添加1~10 mL浓度为35%的H2O2，并持续反应10~60 min，然后加入50 mL去离子水，继续超声反应45~120min，得到黏稠凝胶液体。

电池正极，其包括铝箔，以及覆盖在铝箔上的正极材料，所述正极材料包括V2O5/石墨烯复合电极材料和聚偏氟乙烯和Super-P，且二者满足一下质量比：V2O5/石墨烯复合电极材料：聚偏氟乙烯和Super-P=80:10，其中，所述V2O5/石墨烯复合电极材料为采用如上所述的方法所制的的V2O5/石墨烯复合材料粉末。

本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：

本发明所述的V2O5/石墨烯复合材料的制备工艺简单，且烧结过程不需要气氛保护，且烧结温度为400℃，生产过程能耗低，生产成本低；另一方面，该制备过程中使用药剂皆为无机药剂，不需要使用具有挥发性、危害性的有机药剂，该制备过程绿色环保；同时，由该方法制备的V2O5/石墨烯复合材料可以作为锂离子电池和超级电容器的正极活性材料使用，且在做电极材料时，放电容量较高，50 mA/g电流密度下，放电比容量达到了300~350 mAh/g，且该复合材料的倍率性也得到明显提高。

附图说明