[发明专利]一种石墨烯-氧化铁-石墨烯复合结构电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑氧化铁‑石墨烯复合结构电池负极材料的制备方法，通过第一步热解法制备石墨烯负载Fe₂O₃，然后通过水浴法在Fe₂O₃表面再覆盖一层石墨烯，最后形成石墨烯‑氧化铁‑石墨烯三明治结构，这种结构可以显著地提高氧化铁的导电性和充放电稳定性，同时这种方法所用到的设备简单，容易实现。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯-氧化铁-石墨烯复合结构电池负极材料的制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高，使用寿命长，环境友好等优点，最近几年来成为了研究热点，并成功实现了商业化。为了发展下一代能够应用于电动汽车，大规模的能源存储设备的更有效的锂离子电池材料，能够寻找到一种具有优异的电化学性能的负极材料是个关键因素。铁的氧化物(Fe₂O₃,Fe₃O₄)具有高容量(～1000mAh/g)，低成本，来源广泛，无毒等优点，与现有的石墨电极(372mAhg^-1)相比，具有显著的优势。然而单一的氧化铁导电性差，在大倍率充放电时容易发生极化而导致容量较低(Liang Zhou,Cheap and scalablesynthesis of a-Fe₂O₃ multi-shelled hollow spheres as high-performance anodematerials for lithium ion batteries,Chem.Commun.,2013,49,8695)，低的功率密度大大限制了它的广泛应用，尤其是在大型电动设备如电动汽车，手提电脑等方面的应用，因此需要寻找导电性好的材料与其复合来提高其导电性，进而提高电池的性能。目前Jun Chen(Adv.Energy Mater.2014,1401123)通过喷雾热解法制备了氧化铁和碳的复合物，大大提高了电化学性能。但是这种方法所用的设备昂贵，条件苛刻，不适合大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-氧化铁-石墨烯复合结构电池负极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过第一步热解法制备石墨烯负载Fe₂O₃，然后通过水浴法在Fe₂O₃表面再覆盖一层石墨烯，最后形成石墨烯-氧化铁-石墨烯三明治结构，这种结构可以显著地提高氧化铁的导电性和充放电稳定性，同时这种方法所用到的设备简单，容易实现。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯-氧化铁-石墨烯复合结构电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将市售的氧化石墨烯溶解在水中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液记为悬浊液A；

2)将分析纯的可溶性铁盐和碳源加入到去离子水中，搅拌将铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，配置成铁盐和氧化石墨烯的混合溶液B，其中铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，碳源的浓度为1～10mg/mL，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；

3)将混合溶液B通过水浴加热蒸发得到前驱物，记为产物C；

4)将产物C进行热解反应得到氧化石墨烯表面负载的氧化铁，记为产物D；

5)将产物D加入甲苯中，通过超声分散，然后加入氨丙基三甲氧基硅烷，其中，每50mL甲苯中加入0.5g产物D，且甲苯与氨丙基三甲氧基硅烷的体积比为50：(0.1～1)，然后通过回流反应得到氨丙基三甲氧基硅烷修饰的Fe₂O₃/氧化石墨烯，记为产物E；