一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：(1)取钴源分散于甲醇中，然后加入促进剂，经搅拌、老化、洗涤、干燥得到ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料科学和电化学
，涉及一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度(可以提供更多能量)和环保性能已被广泛用作便携式电子产品、电动汽车以及电网储能等的电源。高性能电子设备不断增长的需求推动了锂离子电池(LIBs)在更高能量/功率密度、更长循环性能和更低成本方面的进一步创新。然而，传统的石墨阳极材料由于其理论容量较低(372mAh
·
g
‑1)而无法满足这些要求。
[0003]合理设计具有高可逆容量和长循环寿命的电极材料是非常迫切的。人们付出了巨大的努力来探索各种高容量的正负极材料，如氧化锡、氧化钴、氧化锌等。然而，这些材料的实际应用受到它们的循环性能差或低容量的极大阻碍，这是由于它们的导电性差、严重聚集和在锂插入/提取过程中的巨大体积膨胀。
[0004]为了克服这些障碍，已经提出了无机材料与碳纳米管或石墨烯的杂化物，其可以通过缩短锂离子扩散长度和增强导电性来显著提高电荷转移的效率。构建具有良好的大孔通道的三维(3D)结构提供了有效增强电极电化学性能的理想解决方案。然而，大多数先前报道的3D大孔LIB电极具有不规则的孔隙率，这不可避免地导致电极极化和高充电/放电速率下固有容量的大量损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中电极材料可逆容量较低或高充电/放电速率下固有容量大量损失等缺陷。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一提供了一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)取钴源分散于甲醇中，然后加入促进剂，经搅拌、老化、洗涤、干燥得到ZIF
‑
67纳米晶体；
[0009](2)取ZIF
‑
67纳米晶体与钼源混合，然后离心得到固体，将所得固体分散于水中，经反应、洗涤、干燥得到CoMo LDH多面体材料；
[0010](3)取氧化石墨烯水溶液与所得CoMo LDH多面体材料混合，然后经水热、洗涤、干燥得到CoMo LDH@GO多面体材料；
[0011](4)对所得CoMo LDH@GO多面体材料进行煅烧，即得目的产物。
[0012]进一步的，步骤(1)中，所述钴源为硝酸钴六水合物，所述促进剂为2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液。
[0013]更进一步的，2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液中2
‑
甲基咪唑与甲醇的质量体积比为(0.3～0.4)g：90ml，硝酸钴六水合物、甲醇、2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液的添加量之比为(0.2～0.4)g：(30～50)ml：90ml。
[0014]进一步的，步骤(1)中，搅拌时间为2h，老化时间为24h，老化温度为25℃。
[0015]进一步的，步骤(1)中，干燥温度为60℃。
[0016]进一步的，步骤(1)中，使用甲醇进行洗涤。
[0017]进一步的，步骤(2)中，所述钼源为钼酸钠二水合物的乙醇溶液。
[0018]更进一步的，钼酸钠二水合物的乙醇溶液中钼酸钠二水合物、乙醇的质量体积比为100mg：30ml，ZIF
‑
67纳米晶体、钼酸钠二水合物的乙醇溶液、水的添加量之比为(30～60)mg：30ml：25ml。
[0019]更进一步的，使用Na2MoO4对所得ZIF
‑
67纳米晶体进行化学蚀刻，得到CoMo LDH多面体材料。
[0020]进一步的，步骤(2)中，反应温度为85℃，反应时间为12min。
[0021]进一步的，步骤(2)中，干燥温度为60℃。
[0022]进一步的，步骤(2)中，使用乙醇进行洗涤。
[0023]进一步的，步骤(3)中，氧化石墨烯水溶液的浓度为0.34mg/ml，氧化石墨烯与CoMo LDH多面体材料的质量比为1：(1～2)。
[0024]进一步的，步骤(3)中，水热温度为120℃，水热时间为12h。
[0025]进一步的，步骤(3)中，干燥温度为60℃。
[0026]进一步的，步骤(3)中，使用去离子水进行洗涤。
[0027]进一步的，步骤(4)中，在氮气氛围下进行煅烧，煅烧温度为350℃，煅烧时间为2h，升温速率为5℃
·
min
‑1。
[0028]本专利技术的技术方案之二提供了一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料(CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料)，该复合材料采用上述制备方法制备得到。
[0029]进一步的，CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料具有中空结构。
[0030]进一步的，CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料是基于石墨烯的金属氧化物介孔有机杂化材料。
[0031]本专利技术的技术方案之三提供了上述复合材料的应用，该复合材料可用于锂离子电池领域。
[0032]本专利技术使用纽扣式半电池对所制备的CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料进行了电化学测试，测试过程包括以下步骤：
[0033]S1:取CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料、炭黑、聚偏二氟乙烯分散于溶剂中，然后涂布在铜箔上，经干燥得到负极材料；
[0034]S2:以锂片作为对电极，以所得负极材料作为工作电极，利用纽扣式半电池进行电化学测试。
[0035]进一步的，步骤S1中，所述CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料、炭黑、聚偏二氟乙烯的质量比为8：1：1。
[0036]进一步的，步骤S1中，所述溶剂为N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)。
[0037]进一步的，步骤S1中，在80℃下进行真空干燥。
[0038]基于石墨烯的大孔结构不仅可以为电子传输提供3D互连路径，还可以促进电解质在电极网络中的扩散，因此本专利技术使用石墨烯作为支架，使用石墨烯对金属纳米框架进行杂交形成包裹，随后在氮气环境下进行热处理，增强材料导电性，最终得到空心CoO/Co2Mo3O8@RGO复合材料，该材料表现出优异的电化学性能。
[0039]本专利技术利用正负电相吸引的特性，将由ZIF
‑
67纳米晶体制备出的CoMo LDH多面体材料与氧化石墨烯自组装形成包裹的有机杂化物，然后经煅烧得到中空金属氧化物骨架和石墨烯包裹层形成的交联导电网络，其可为离子传输提供更有效的通道，从而提高该复合材料用于锂离子电池的可逆容量和倍率性能。
[0040]本专利技术以Co(NO3)2·
6H2O为前驱体，以2
‑
甲基咪唑(2
‑
MIM)为促进剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)取钴源分散于甲醇中，然后加入促进剂，经搅拌、老化、洗涤、干燥得到ZIF
‑
67纳米晶体；(2)取ZIF
‑
67纳米晶体与钼源混合，然后离心得到固体，将所得固体分散于水中，经反应、洗涤、干燥得到CoMo LDH多面体材料；(3)取氧化石墨烯水溶液与所得CoMo LDH多面体材料混合，然后经水热、洗涤、干燥得到CoMo LDH@GO多面体材料；(4)对所得CoMo LDH@GO多面体材料进行煅烧，即得目的产物。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钴源为硝酸钴六水合物，所述促进剂为2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液；2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液中2
‑
甲基咪唑与甲醇的质量体积比为(0.3～0.4)g：90ml，硝酸钴六水合物、甲醇、2
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甲基咪唑的甲醇溶液的添加量之比为(0.2～0.4)g：(30～50)ml：90ml。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌时间为2h，老化时间为24h，老化温度为25℃。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆层状双氢氧化物衍生物复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩生，张文轩，罗宇，易华琼，孔玥，蔺华林，熊力堃，薛原，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：