CN106558690A - 一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备及其应用。具体步骤为：先将0.2‑0.5克四水合乙酸钴溶解在5‑15ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.3‑0.6g的L‑半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于120‑180度的烘箱中，反应6‑18小时，将所得产品用水洗涤3次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。该材料作为钠离子电池负极时，能够得到很高的比容量和循环稳定性，而且制备过程简单，成本廉价，重现性好。

Description

一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备及其应用
技术领域
本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备及其应用。
背景技术
自从锂离子电池开发成功以来，锂离子电池已经得到了广泛的应用，但是锂离子电池也有一些不足之处，如锂元素在地壳中仅占0.002%，这使得锂离子电池的成本居高不下，从而限制了锂离子电池的发展和应用。钠元素在地壳中的储藏量非常丰富，世界上大约一半的盐类中都有钠元素，因此在发展和应用上，钠离子电池比锂离子电池有着更加广泛的应用前景。目前，对于钠离子电池负极材料研究相对较多，主要有碳基材料、钛酸盐材料等。碳基材料与钛酸盐材料由于其理论容量低进而无法满足钠离子电池实际中的应用。近年来，过渡金属硫化物如二硫化钴由于其很高的理论容量，已经成为了一种很有前景的材料。
目前还未有一步法制备石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的相关专利报道。
发明内容
本发明目的是提供在较低的温度下一步水热法合成一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料，本发明制备出的复杂结构二硫化钴@石墨烯作为钠离子电池负极时，能够得到很高的比容量和循环稳定性。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，具体步骤为：
先将0.2-0.5克四水合乙酸钴溶解在5-15ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.3-0.6g的L-半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于120-180度的烘箱中，反应6-18小时，将所得产品用水洗涤3次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。
所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池，具体步骤如下：
按质量比将二硫化钴@石墨烯：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后，均匀地涂在铜网上做负极，参比电极和对电极均为金属钠，电解质为1M NaClO4的碳酸乙烯酯（EC）+碳酸丙烯酯（PC）+氟代碳酸乙烯酯（FEC）溶液。
其中，氧化石墨烯溶液的质量浓度为2mg/ml，溶剂为去离子水。
其中，EC:PC:FEC按体积比1:1:0.05混合。
本发明与现有技术比较具有以下优点：
（1）本发明提供了一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料制备的方法，所合成出材料形貌独特，呈现出石墨烯紧紧包裹住二硫化钴微米球，此外该方法工艺简单，成本廉价，能耗低，重现性好，性能优异；
（2）本发明制备出的复杂结构二硫化钴@石墨烯作为钠离子电池负极时，能够得到很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为1A/g时充放电循环100圈后容量稳定在188.6 mAh/g，同时表现出优异的循环性能。
附图说明
图1本发明制备的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的XRD图。
图2本发明制备的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的扫描电镜图。
图3 实施例1制备的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池的电化学性能分析。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，具体步骤为：
先将0.249克四水合乙酸钴溶解在10ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.121g的L-半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于160摄氏度的烘箱中，反应12小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。
所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池，具体步骤如下：
按质量比将二硫化钴@石墨烯：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后，均匀地涂在铜网上做负极，参比电极和对电极均为金属钠，电解质由1M NaClO4的EC+PC+FEC溶液组成。
其中，氧化石墨烯溶液的质量浓度为2mg/ml，溶剂为去离子水。
其中，EC:PC:FEC按体积比1:1:0.05混合。
实施例2
一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，具体步骤为：
先将0.359克四水合乙酸钴溶解在10ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.221g的L-半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于160摄氏度的烘箱中，反应12小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。
所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池，具体步骤如下：
按质量比将二硫化钴@石墨烯：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后，均匀地涂在铜网上做负极，参比电极和对电极均为金属钠，电解质由1M NaClO4的EC+PC+FEC溶液组成。
其中，氧化石墨烯溶液的质量浓度为2mg/ml，溶剂为去离子水。
其中，EC:PC:FEC按体积比1:1:0.05混合。
实施例3
一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，具体步骤为：
先将0.442克四水合乙酸钴溶解在10ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.381g的L-半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于180摄氏度的烘箱中，反应12小时，将所得产品用水洗涤数次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。
所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池，具体步骤如下：
按质量比将二硫化钴@石墨烯：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后，均匀地涂在铜网上做负极，参比电极和对电极均为金属钠，电解质由1M NaClO4的EC+PC+FEC溶液组成。
其中，氧化石墨烯溶液的质量浓度为2mg/ml，溶剂为去离子水。
其中，EC:PC:FEC按体积比1:1:0.05混合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，其特征在于：具体步骤为：
先将0.2-0.5克四水合乙酸钴溶解在5-15ml去离子水中，待四水合乙酸钴完全溶解，将所得溶液加入25ml的氧化石墨烯溶液中，搅拌10min后加入0.3-0.6g的L-半胱氨酸，搅拌，再加入10ml的乙二醇，搅拌后将最后所得溶液移入40毫升的反应釜中，置于120-180度的烘箱中，反应6-18小时，将所得产品用去离子水洗涤3次，烘干，得到石墨烯包覆球状二硫化钴的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的制备，其特征在于：氧化石墨烯溶液的质量浓度为2mg/ml，溶剂为去离子水。
3.一种如权利要求1所制备出的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的用途，其特征在于：所述的制备出的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池。
4. 根据权利要求3所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的用途，其特征在于：所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料用于钠离子电池组装过称为：按质量比将二硫化钴@石墨烯：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70:20:10混合研磨后，均匀地涂在铜网上做负极，参比电极和对电极均为金属钠，电解质为1M NaClO4的EC+PC+FEC溶液。
5.根据权利要求4所述的石墨烯包覆球状二硫化钴复合材料的用途，其特征在于：EC:PC:FEC按体积比1:1:0.05混合。
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