[发明专利]一种锂离子电池Fe3O4-Cr2O3-石墨烯复合阳极材料的制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于能源领域，涉及石墨烯电池材料，具体涉及一种锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨 烯复合阳极材料的制备和应用。

背景技术

Cr₂O₃和Fe₃O₄作为锂电池负极材料分别具有高容量近乎是商业碳负极材料的2～3倍而得 到了广泛的关注，这两种材料还具有成本低、环境友好等优势曾被认为是碳的理想替代材料， 但Cr₂O₃在充放电过程中易产生枝晶而导致短路，安全性问题制约了其应用；Fe₃O₄在充放电 过程中易粉化而导致的可逆比容量快速下降。除此之外，Fe₃O₄由于受磁偶极子引力作用，粒 子间易于团聚，且化学稳定性不高，难以直接应用。文献报道将多种金属氧化物进行复合能 有效克服不同的金属氧化物间的缺陷，获得电化学性能优异的锂离子电极材料。因此综合 Fe₃O₄和Cr₂O₃二种材料相互作用，使其发生正的协同效应，结合石墨烯近些年作为一些复合 材料具有许多优势，例如在储能方面，其巨大的比表面积和良好的蜂窝状介孔结构(＞1nm) 有利于电化学循环过程中溶液离子充分润湿石墨烯本体，最大限度地吸附在其表面，提升储 能密度。石墨烯及其衍生物的出现为设计和构筑具有新型结构和特殊储能技术的材料提供了 可能性和新的思路。

石墨烯优异的导电性和电子传输性能够显著提高整体复合物的导电性，有利于电极/电解 液中电荷传递，降低溶液电阻和电荷转移电阻；石墨烯巨大的比表面积有利于控制材料的颗 粒尺寸与分散度，提供更好的活性位点，有利于电解液与电极充分接触；石墨烯较好的柔韧 性能使电极材料在充放电过程中的体积膨胀/收缩效应得到缓冲，从而提高电极的循环性。

发明内容

本发明的目的在于一种锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料的制备和应用，以用 于制备充放电比容量高、循环性能好的电池。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤S1，称取70～90mg氧化石墨烯和0.8～1.2g聚乙二醇PEG-4000放入装有80mL乙二 醇的烧杯中，超声搅拌3～5h；

步骤S2，加入0.5g六水合三氯化铁和重铬酸钾的混合物，再加入4.0g无水醋酸钠，超 声搅拌均匀后，用氨水调节pH＝10；所述六水合三氯化铁和重铬酸钾的重量份之比为4～6:1；

步骤S3，置于水热反应釜中，180～220℃反应8～12h；

步骤S4，冷却至室温，依次加入去离子水和无水乙醇清洗，离心分离，最终产物置于烘 箱中烘干即得。

进一步地，所述的锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料的制备方法步骤S2中， 所述六水合三氯化铁和重铬酸钾的重量份之比为5:1。

进一步地，所述的锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料的制备步骤S1为：称取 80mg氧化石墨烯和1g聚乙二醇PEG-4000放入装有80mL乙二醇的烧杯中，超声搅拌4h；

进一步地，所述的锂离子电池Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料的制备方法步骤S3为： 置于水热反应釜中，200℃反应10h。

上述的Fe₃O₄-Cr₂O₃-石墨烯复合阳极材料在制备锂离子电池中的应用。

本发明的优点：