[发明专利]锂离子电池负极用硼酸钴／石墨烯复合材料及制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种适用于锂离子电池负极的硼酸钴/石墨烯复合材料及制备方法。该复合材料为纳米棒结构硼酸钴镶嵌在褶皱的石墨烯内部，硼酸钴所占的质量百分数为10％～95％。首先将水溶性钴盐以及十水四硼酸钠溶于去离子水，之后加入氧化石墨烯溶液，在水热反应条件下控制温度和反应时长，氧化石墨烯采用化学方法合成；最后将所获得的沉淀离心洗涤干燥，获得锂离子电池负极用的硼酸钴/石墨烯复合材料。本发明的复合材料用作锂离子电池负极时，具有比容量高、循环性能好、倍率性能优良及循环寿命长等优点；其制备方法简单、成本低廉，易于实现工业规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种适用于锂离子电池负极的硼酸钴/石墨烯复合材料及制备方法。

背景技术

自20世纪90年代初产生了商业化的锂离子电池，锂离子电池逐渐进入人们的视野，如今已成为人们生活中不可或缺的一部分。作为最具发展潜力的储能器件之一，对锂离子电池的研究仍然是一个炙手可热的课题。从锂离子电池的发展来看，锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料的结构和性能。其中负极材料的应用正面临着种种问题，亟待开发高效安全的新材料来取代最初的碳电极材料。

近年来，过渡金属硼酸盐，因其在能量转换方面的潜在应用得到广泛关注。然而，目前鲜有关于硼酸钴作为锂离子电池负极材料的研究报道，且由于硼酸钴导电性差，在循环过程中对电极材料的破坏和容量的衰减严重。解决这一问题很重要的方法就是将材料颗粒大小减小至纳米尺寸或者与一些良好的导电材料构筑复合材料。电极材料的纳米化可以减小锂离子的扩散距离，而与导电材料的复合则可以增加材料的导电性，进而促进电子传输，同时可以起到缓解锂离子嵌入过程中的体积膨胀效应，进而可以改善电池的电化学性能。

石墨烯是人们制备出的第一种可独立存在的单原子层厚度材料。自2004年英国University of Manchester的Novoselov等使用机械剥离法制备出单层石墨烯以来，关于石墨烯的研究吸引了研究人员的极大关注。由于石墨烯具有独特的能带结构，故而表现出了很多迥异于常规材料的反常特性。同时，相比其它碳材料同素异构体，石墨烯在以下方面拥有明显优势：比表面积、电导率、热导率以及硬度。在电极材料中引入石墨烯，一般起到以下几个方面作用：(1)增加电极材料的比表面积，从而增加电解液与活性物质的接触面积，提高锂离子的传输效率进而提高整个电池性能；(2)形成多孔导电网络，提高电极材料导电性从而降低电荷转移电阻；(3)缓解锂离子在电极材料中脱嵌过程中出现的体积膨胀效应。因此，硼酸钴/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料可展现出可预期的良好性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极用的硼酸钴/石墨烯复合材料及制备方法，通过简易溶剂热法制备出一种锂离子电池负极用的硼酸钴/石墨烯复合材料，该方法具有操作简单、产率高、成本低廉等优势。该材料用作锂离子电池负极材料时，表现出优异的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池负极用硼酸钴/石墨烯复合材料，该复合材料为纳米棒结构硼酸钴镶嵌在褶皱的石墨烯内部，硼酸钴所占的质量百分数为10％～95％。

所述的锂离子电池负极用硼酸钴/石墨烯复合材料，优选的，硼酸钴所占的质量百分数为15％～50％。

所述的锂离子电池负极用硼酸钴/石墨烯复合材料的制备方法，首先将水溶性钴盐以及十水四硼酸钠溶于去离子水，之后加入氧化石墨烯溶液，在水热反应条件下控制温度和反应时长，氧化石墨烯采用化学方法合成；最后将所获得的沉淀离心洗涤干燥，获得锂离子电池负极用的硼酸钴/石墨烯复合材料。

所述的锂离子电池负极用硼酸钴/石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)采用改性Hummer法制备氧化石墨烯；