CN108767214A - 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108767214A
CN108767214A CN201810444747.4A CN201810444747A CN108767214A CN 108767214 A CN108767214 A CN 108767214A CN 201810444747 A CN201810444747 A CN 201810444747A CN 108767214 A CN108767214 A CN 108767214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alumina
graphite alkene
alkene composite
lithium ion
ion battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810444747.4A
Other languages
English (en)
Inventor
倪世兵
郑斌
陈启长
杨学林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN201810444747.4A priority Critical patent/CN108767214A/zh
Publication of CN108767214A publication Critical patent/CN108767214A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种氧化铝‑石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法，具体为：将Al(NO3)3·9H2O和C6H12N4、氧化石墨烯溶液，去离子水并搅拌混合形成悬浊液，然后转移到水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在80~160℃水热反应10h~24h，自然冷却至室温，将沉淀置于60~80℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在300~400℃烧结3~5h，即得到氧化铝‑石墨烯复合材料。本发明首次将氧化铝‑石墨烯复合材料应用于锂离子电池负极。该合成工艺简单易于操作，材料制备成本低廉；所得样品结晶性能良好，纯度高，尺寸均匀；电化学性能测试显示其具有明显的充、放电平台和较好的循环稳定性。

Description

一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型锂离子电池负极，特别涉及一种氧化铝-石墨烯复合材料的制备方法，属于电化学电源领域。
背景技术
能源是支撑整个人类文明的物质基础。随着社会经济的高速发展，人们对能源的依存度不断地提高。目前，传统的化石能源如煤、石油、天然气等被大量的开发使用，大气污染、温室气体的排放等问题日益突出，直接影响了人们的生活。伴随着日益严重的能源危机和环境污染，改变现有不合理的能源结构是人类可持续发展所面临的首要问题。因此，寻找可再生的清洁环保替代能源迫在眉睫。目前开发利用的风能、水能、太阳能等可再生清洁能源具有随机性和间歇性，因此发展高性能储能设备又是一个新的挑战。
锂离子电池作为一种高性能的储能设备，因其所具有的高比容量、高循环性能、环境友好、无记忆效应等优点，在目前储能市场占据了主导地位，已广泛地运用于便携式电子设备及动力汽车中。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨类碳材料，其较低的理论容量及可能存在的锂枝晶析出的安全隐患是制约其发展的关键，开发新型锂离子电池负极材料尤为迫切。类似于其他过渡族金属氧化物，氧化铝有望作为一种转换型负极材料。基于氧化/还原反应储锂机理，其理论容量较高，同时，其较低的弗莱德电位表明其具有较低的充/放电平台，这有利于提升锂离子电池的能量密度。目前，氧化铝作为锂离子电池负极材料的电化学性能尚未见报道。主要原因在于，其导电性较差，严重抑制了其储锂活性。基于以上背景，本专利采用水热及烧结方法制备氧化铝与石墨烯均匀复合的氧化铝-石墨烯复合材料，以其作为锂离子电池负极材料显示了明显的充放电平台及良好的循环稳定性。
发明内容
本发明的目的在于以Al(NO3)3·9H2O、C6H12N4、氧化石墨烯为原料，通过水热及烧结制备氧化铝-石墨烯锂离子电池复合负极材料。其原理就是利用C6H12N4的含氨基团与氧化石墨烯的表面官能团进行结合，随后含氨基团与铝离子结合并原位分解，促进羟基氧化铝形成的同时对氧化石墨烯进行原位还原。最终将水热反应得到的前驱体在高温下退火得到氧化铝与石墨烯均匀复合的氧化铝-石墨烯复合材料。石墨烯能够显著提升复合材料导电性，该复合材料作为锂离子电池负极材料显示了较好的电化学性能。
本发明的制备方法具体为：按比例称取一定量的Al(NO3)3·9H2O和C6H12N4（Al(NO3)3·9H2O、C6H12N4的摩尔比为1：3-7）加入到烧杯中，并加入一定浓度的氧化石墨烯溶液（氧化铝-石墨烯复合材料中石墨烯的质量分数为10%~20%），向烧杯加入适量去离子水并搅拌30分钟形成悬浊液，然后转移到水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在80℃~160℃水热反应10h~24h，自然冷却至室温，将沉淀置于60~80℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在350℃反应5h，即得到氧化铝-石墨烯复合材料。本发明首次采用上述技术方案制得的氧化铝-石墨烯复合材料应用于锂离子电池负极。
本发明所涉及的一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料及制备方法具有以下几个显著的特点：
（1）合成方法简单，成本低廉；
（2）所制备的氧化铝与石墨烯均匀复合，氧化铝呈纳米颗粒，石墨烯呈片层结构；
（3）所制备氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料具有明显的充、放电平台及良好的循环稳定性，在锂离子电池中具有潜在的应用价值。
附图说明
图1实施例1所制备样品的XRD图。
图2实施例1所制备样品的SEM图。
图3实施例1所制备样品的（a）首次充、放电曲线和（b）循环性能图。
图4实施例2所制备样品的（a）首次充、放电曲线和（b）循环性能图。
图5实施例3所制备样品的（a）首次充、放电曲线和（b）循环性能图。
具体实施方式
实施例 1
称取1mmol的Al(NO3)3·9H2O和5mmol的Al(NO3)3·9H2O加入到烧杯中，并加入浓度为5mg/mL的氧化石墨烯溶液4mL，向烧杯加入适量去离子水并搅拌30分钟形成悬浊液，然后转移到50mL容量的水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在120℃水热反应24h，自然冷却至室温，将沉淀置于60℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在550℃反应5h，得到氧化铝-石墨烯复合材料。所制备的样品经XRD图谱分析，如图1所示，所得的衍射峰和Al2O3的XRD卡片（JCPDS，no.46-1215）对应，表明成功地制备了氧化铝-石墨烯复合材料。对样品进行了SEM表征，由图2可以看出，所制备的氧化铝与石墨烯均匀复合，氧化铝呈纳米颗粒，石墨烯呈片层结构。将实施例所得的材料按如下方法制成电池：将制得的样品与乙炔黑和聚偏氟乙烯按重量比为8:1:1的比例混合，以N-甲基毗咯烷酮为溶剂制成浆料，涂覆在10μm厚度的铜箔上，在60℃下干燥10小时后，裁剪成直径14mm的圆片，在120℃下真空干燥12小时。以金属锂片为对电极，Celgard膜为隔膜，溶解有LiPF6（1mmol/L）的EC+DMC+DEC(体积比为1：1：1)溶液为电解液，在氩气保护的手套箱中组装成CR2025型电池。电池组装完后静置8小时，再用CT2001电池测试系统进行恒流充放电测试，测试电压为3~0.02V，电流密度为100mA g-1。图3为所制备的氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极的首次充、放电曲线和循环性能图。如图所示，首次充、放电比容量分别91.5和222.4mAh g-1，有明显的充、放电平台，循环50次之后充、放电容量分别为56.6和56.8mAh g-1，显示了较好的电化学性能。
实施例 2
称取1mmol的Al(NO3)3·9H2O和5mmol的Al(NO3)3·9H2O加入到烧杯中，并加入浓度为5mg/mL的氧化石墨烯溶液4mL，向烧杯加入适量去离子水并搅拌30分钟形成悬浊液，然后转移到50mL容量的水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在140℃水热反应20h，自然冷却至室温，将沉淀置于60℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在350℃反应5h，得到氧化铝-石墨烯复合材料。将实施例2所得的材料按如实施例1的方法组装电池并测试性能。图4为所制备的氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极的首次充、放电曲线和循环性能图。如图所示，首次充、放电比容量分别94.3和185.3mAh g-1，有明显的充、放电平台，循环50次之后充、放电容量分别为69.2和70.1mAh g-1，显示了较好的电化学性能。
实施例 3
称取1mmol的Al(NO3)3·9H2O和5mmol的Al(NO3)3·9H2O加入到烧杯中，并加入浓度为5mg/mL的氧化石墨烯溶液4mL，向烧杯加入适量去离子水并搅拌30分钟形成悬浊液，然后转移到50mL容量的水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的80%，在160℃水热反应10h，自然冷却至室温，将沉淀置于60℃烘箱中烘干，收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在750℃反应2h，得到氧化铝-石墨烯复合材料。将实施例3所得的材料按如实施例1的方法组装电池并测试性能。图5为所制备的氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极的首次充、放电曲线和循环性能图。如图所示，首次充、放电比容量分别99.5和234.4mAh g-1，有明显的充、放电平台，循环50次之后充、放电容量分别为78.2和79.5mAh g-1，显示了较好的电化学性能。

Claims (3)

1.一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料，其特征在于，制备工艺如下：
（1）称取Al(NO3)3·9H2O和C6H12N4加入容器中，加入氧化石墨烯溶液，去离子水，搅拌形成悬浊液；
（2）将步骤（1）所得到的悬浊液转移到水热反应釜内衬中，加入去离子水至内衬容积的70-90%，在80~160℃水热反应10~24h，自然冷却至室温，将沉淀置于60~80℃烘箱中烘干；
（3）将（2）所得到的前驱体收集研磨后放置于陶瓷舟中，在高温管式烧结炉以氮气作为保护气体和载气，在350-750℃反应5~10h，即得到氧化铝-石墨烯复合材料。
2.权利要求1所述的氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，Al(NO3)3·9H2O、C6H12N4的摩尔比为1：3-7，氧化铝-石墨烯复合材料中石墨烯的的质量分数为10%~20%。
3.权利要求1所述的氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，水热温度为80℃~160℃，水热时间为10h~24h，烧结温度为300~400℃，烧结时间为3~5h。
CN201810444747.4A 2018-05-10 2018-05-10 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法 Pending CN108767214A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810444747.4A CN108767214A (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810444747.4A CN108767214A (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108767214A true CN108767214A (zh) 2018-11-06

Family

ID=64009460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810444747.4A Pending CN108767214A (zh) 2018-05-10 2018-05-10 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108767214A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109650386A (zh) * 2019-01-22 2019-04-19 天津风烯科技有限公司 石墨烯复合材料、石墨烯氧化铝复合材料及石墨烯氧化铝复合粉体材料的制备方法及其应用
CN111071998A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 三峡大学 一种GaN多孔微米方块/碳复合材料的制备方法
CN112968156A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 孙伟俊 一种低成本石墨烯锂电复合材料
CN113480875A (zh) * 2021-07-27 2021-10-08 雷索新材料(苏州)有限公司 一种氧化铝改性石墨烯、石墨烯散热涂料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611382A (zh) * 2017-08-25 2018-01-19 武汉理工大学 石墨烯复合的碳限域金属氧化物纳米点材料及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611382A (zh) * 2017-08-25 2018-01-19 武汉理工大学 石墨烯复合的碳限域金属氧化物纳米点材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAO GAO等: ""AlOOH-Reduced Graphene Oxide Nanocomposites: One-Pot Hydrothermal Synthesis and Their Enhanced Electrochemical Activity for Heavy Metal Ions"", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *
JIE LI等: ""Novel application of red mud: Facile hydrothermal-thermal conversion synthesis of hierarchical porous AlOOH and Al2O3 microspheres as adsorbents for dye removal"", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109650386A (zh) * 2019-01-22 2019-04-19 天津风烯科技有限公司 石墨烯复合材料、石墨烯氧化铝复合材料及石墨烯氧化铝复合粉体材料的制备方法及其应用
CN111071998A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 三峡大学 一种GaN多孔微米方块/碳复合材料的制备方法
CN112968156A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 孙伟俊 一种低成本石墨烯锂电复合材料
CN113480875A (zh) * 2021-07-27 2021-10-08 雷索新材料(苏州)有限公司 一种氧化铝改性石墨烯、石墨烯散热涂料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107369825B (zh) 一种氮掺杂碳包覆氧化锰锂离子电池复合负极材料及其制备方法与应用
CN108470903B (zh) 一种钠离子电池负极材料二氧化钛的改性方法
CN107226475B (zh) 一种钾离子电池正极材料及其制备方法和钾离子电池
CN101572305B (zh) 一种具备高倍率性能的LiFePO4/C正极材料的制备方法
CN104009210B (zh) 一种多孔硅/碳复合材料、制备方法及用途
CN104009235B (zh) 一种多孔硅/石墨烯复合材料的制备方法
CN101587948B (zh) 一种Li4Ti5O12/C复合电极材料的制备方法
CN107452951B (zh) XS2@YSe2核壳结构的钠离子电池负极材料的制备方法
CN108172815B (zh) 一种微球状钒酸锌及其制备方法与应用
CN108767214A (zh) 一种氧化铝-石墨烯复合锂离子电池负极材料的制备方法
CN102237519A (zh) 锂离子电池三维多孔硅粉负极材料无氟化制备方法
CN108511732A (zh) 一种羟基氧化铝-石墨烯锂离子电池复合负极材料的制备方法
CN110212183A (zh) 一种粉体预锂化硅基负极材料及其制备方法和应用
CN102306759A (zh) 一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料及其制备方法
CN110176601A (zh) 一种碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和应用
CN107732221B (zh) 一种稳定化合物锂离子电池负极材料α-Ga2O3及制备方法
CN112186145A (zh) 一种镁还原碳包覆氧化亚硅材料及其制备方法、应用
CN108417803A (zh) 一种氮掺杂空心碳球复合材料及其制备方法和应用
CN103236518A (zh) 一种锂离子电池负极纳米材料SnO2/MCMB核壳及其制备方法与应用
CN107275571A (zh) 一种硫化锂/纳米硅碳全电池及其制备方法与应用
CN106025234A (zh) 一种无粘结剂Ni3S2/Ni钠离子电池负极的制备方法
CN103066260B (zh) 用于非水二次电池的负极材料及其制备方法、非水二次电池负极和非水二次电池
CN106960947A (zh) 复合材料、其制备方法与应用
CN105047870A (zh) 一种掺氮碳包覆硅复合材料及其制备方法
CN103390746A (zh) 一种提高锂离子电池负极材料钛酸锂性能的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181106