「鋰電池負極材料」石墨烯/磷酸氫鋯複合材料

2020-10-21 耀隆化工

鋰離子電池由於具有工作電壓高、能量密度高、無記憶效應的優點而被廣泛應用於攝像機、手機、筆記本電腦等小型移動電子產品領域，而且在動力電及儲能電池池等領域也表現出令人矚目的發展前景。但隨著能源危機的加劇和可攜式電子設備及電力汽車的快速增長，目前商業化鋰離子電池石墨負極材料已不能滿足其人們的需求。

2004年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，通過簡單的機械剝離方法成功地從石墨中分離出可單獨存在的二維碳物質——石墨烯，並對其性質進行了測量和表徵，顯示其優越的物理性能，從而開創了石墨烯研究的序幕。兩位科學家也因此獲得2010年諾貝爾物理學獎。

作為繼富勒烯、碳納米管之後最新形態的碳納米材料，石墨烯自被報導以來，由於具有一系列新奇的物理化學性質，如超快的電荷遷移速度、巨大的比表面積和超高的機械強度等，被廣泛用於超級電容器、電催化等電化學領域。

磷酸氫鋯與石墨烯複合不僅可以提高電池的導電性、改善其體積膨脹效應，同時也具有良好的儲鋰能力，能夠增加複合材料的比容量。與其他碳材料相比，石墨烯具有比表面積大、機械強度高、導電性好等優點，對SnO2、FeSb2等材料的研究表明，通過石墨烯的引入能夠有效提高其電化學性能。


石墨烯/磷酸氫鋯複合材料的製備方法

磷酸氫鋯與石墨烯複合材料作為鋰電池的負極材料，能夠克服電池材料導電性差、體積膨脹效應嚴重的問題，具有循環穩定性強、導電性強的特

點；操作簡單、可重複性高。

（1）取0 .0080-0 .0800g 的氧化石墨烯加入到80ml溶劑中，將混合物放入超聲頻率為40kHz的超聲波清洗儀中進行超聲處理0 .5-3h，獲得氧化石墨烯分散液（溶劑為去離子水、無水乙醇、乙二醇和二乙二醇中任意一種）；

（2）取0 .0020-0 .3000g 的磷酸氫鋯加入到步驟（1）製得的氧化石墨烯分散液中，攪拌均勻；

（3）將步驟（2）所得混合溶液轉移到100ml水熱反應釜中，在溫度為80-180℃的條件下反應2-10h，反應結束待自然降至室溫，然後進行真空乾燥處理（溫度為60-100℃條件下，真空乾燥8-16h）；

（4）將步驟（3）所得複合材料在惰性氣氛（Ar或N2氣氛）下進行煅燒處理（以2-10℃/min 的升溫速率進行升溫，升溫至300-800℃，煅燒1-10h），煅燒結束後冷卻至室溫，即製得所述石墨烯/磷酸氫鋯複合材料。

然後將上述方法製得的石墨烯/磷酸氫鋯複合材料用於鋰電池的負極材料。

實驗原理

採用溶劑熱法製備石墨烯/磷酸氫鋯複合材料，控制溶劑熱反應條件可獲得形貌可控的磷酸氫鋯納米材料，同時溶液中石墨烯的存在，可使生成石墨烯的原位附著 在磷酸氫鋯表面獲得磷酸氫鋯與石墨烯複合材料，經煅燒處理，使石墨烯能夠在磷酸氫鋯的晶格中形成氧空位，從而增加載流子數目和晶格缺陷，提高導電性。石墨烯的存在使磷酸氫鋯納米顆粒間形成導電網絡，有利於提高材料整體的導電性，同時石墨烯作為柔性薄膜包覆在磷酸氫鋯表面，能夠緩衝其充放電過程中的體積膨脹效應。

實驗結果

該方法具有操作簡便易行，可重複性強，成本低，對環境無汙染的特點。利用該方法製備的磷酸氫鋯與石墨烯複合材料作為鋰電池的負極材料，能夠克服電池導電性差、體積膨脹效應嚴重的問題，具有循環穩定性強、導電性強的特點。由於石墨烯具有高的導電率和大的比表面積，能夠有效提高電池複合材料導電性，同時石墨烯的包覆能夠有效改善電池複合材料體積膨脹效應，提高電池複合材料的電化學性能，該方法具有操作簡單、可重複性高、成本低廉的特點。


耀隆自產磷酸氫鋯

可選粒徑：D50: 365nm, 1.65um, 50um。

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