[发明专利]一种石墨烯基磷化钴负极材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯基磷化钴负极材料及其制备和应用，采用二维结构的氧化石墨烯(GO)作为基底材料，通过制备得到的ZIF‑67与石墨烯复合，将复合材料还原后再将所得气凝胶复合材料通过煅烧磷化的方法得到石墨烯包覆磷化钴复合材料(RG@CoP)。与现有技术相比，本发明所制备的石墨烯基磷化钴负极材料作为锂离子电池负极显示了优异的电化学性能，在100mA·g^‑1的充放电流下，容量可达到608mAh·g^‑1，在5A·g^‑1下容量为390mAh·g^‑1的优异的倍率性能效率稳定在90％以上。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，涉及一种石墨烯基磷化钴负极材料及其制备和应用。

背景技术

可充电锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、维护费用低、自放电低等优点，是目前最有发展前途的电化学储能电池技术之一。长循环寿命、低成本、高容量是二次电池技术的重要参数然而，在经典的商业锂电池中，石墨碳是最受欢迎的阳极材料，其理论比容量仅为372mA h g^-1，开发高能量密度的新电极材料已成为满足日益增长的高性能需求的重要途径。

由于其单原子厚度、二维柔性结构和优异的物理化学性能，近年来在世界范围内引起了广泛的关注。大量研究表明，石墨烯或化学改性石墨烯在场效应器件、化学和生物传感器、储能材料、高分子复合材料、电催化等诸多技术领域具有巨大的潜力。人们普遍认为，石墨烯在未来的纳米技术时代发挥核心作用。但是，由于石墨烯自身的体积效应等缺陷，使得其在作为负极材料时在电化学方面仍存在缺陷。目前，比较通常的做法是将石墨烯与其他材料复合。本发明正是在以上背景下提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石墨烯基磷化钴负极材料及其制备和应用。

通过此方法得到的CoP颗粒均匀地分散在石墨烯的片层上，具有工艺简单，条件温和，成本低廉等优点。本发明所制备的石墨烯基磷化钴负极材料作为锂离子电池负极显示了优异的电化学性能，在100mA·g^-1的充放电流下，容量可达到608mAh·g^-1，在5A·g^-1下容量为390mAh·g^-1的优异的倍率性能效率稳定在90％以上。该方法为石墨烯与无机材料在电化学领域的研究和应用提供了很好的实验数据和理论支持。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提出了一种石墨烯基磷化钴负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取2-甲基咪唑加入到甲醇中，搅拌均匀，得到溶液A；

(2)取硝酸钴加入到甲醇中，搅拌均匀，得到溶液B；

(3)将溶液B加入溶液A中，混合均匀后，密封陈化，所得陈化溶液用甲醇离心清洗，得到沉淀物干燥备用；

(4)将步骤(3)中干燥后的沉淀物加入到石墨烯溶液中，搅拌混合，再加入抗坏血酸钠，超声均匀后，静置，得到水凝胶产物；

(5)将水凝胶产物冷冻干燥后，与磷源一起置于煅烧炉中煅烧处理，即得到目的产物石墨烯基磷化钴负极材料。

进一步的，溶液B与溶液A的加入量满足：2-甲基咪唑与硝酸钴的质量比为(0.4-0.6)：(0.6-0.8)。

进一步的，步骤(3)中，密封陈化的时间为48h。

进一步的，步骤(4)中，干燥后的沉淀物、石墨烯与抗坏血酸钠的质量比为2:1:(0.6-0.7)。。

进一步的，抗坏血酸按以溶液的形式加入，其浓度可以为2mg.ml^-1。