[发明专利]一种石墨烯负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

一种石墨烯负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子电池负极材料的制备方法，将氧化石墨烯分散在乙醇中配置成悬浊液A；将氯化亚铁加入去离子水中，然后与悬浊液A混合得混合溶液B；将混合溶液B倒入均相水热反应釜中进行水热反应，反应结束后自然冷却到室温得产物C；将产物C用分别水洗、醇洗，将洗涤后的产物分散在水中得产物D；将产物D冷冻至无液体，然后放入冷冻干燥机中干燥后的样品即为最终的石墨烯负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子电池负极材料。本发明利用铁盐与氧化石墨烯的配位，实现了铁氧化物在石墨烯表面的原位生长，进而形成石墨烯负载的结构，实验方法简单，成本低廉，易于实现。

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负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子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。铁氧化物(Fe₂O₃、FeOOH等)是一种十分具有潜力的锂离子负极材料，具有高容量、低成本、来源广泛、无毒等优点，但是同大多数氧化物电极一样，铁氧化物具有导电性差，充放电时体积膨胀明显，进而导致活性物质粉化从集流体表面脱落，而导致电极容量急剧下降。而石墨烯导电性好，具有较大的比表面积，与其负载，可以显著提高铁氧化物的导电性，同时提高铁氧化物的分散性，避免团聚。Xiulin Fan通过在Fe₃O₄并在表面进行包覆无定型碳(J.Mater.Chem.A,2014,2,14641–14648)，来提高它的结构稳定性，但是由于材料的导电性较差，这种复合结构的倍率性能还有待提高。Jisheng Zhou(RSC Advances,2011,1,782–791)通过将Fe₃O₄与石墨烯简单复合，来提高材料的导电性，但是由于Fe₃O₄只是简单附着到石墨烯表面，并未被石墨烯包覆，此种结构在充放电时还是会导致活性粉粉化，材料的稳定性还需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过石墨烯负载其能有效解决铁氧化物导电性差的问题，又能抑制体积膨胀，使电池结构更加稳定，从而提高电池的循环稳定性能的石墨烯负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子电池负极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将市售的氧化石墨烯分散在25～45mL乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液，然后采用超声发生器形成分散均匀的氧化石墨烯悬浊液A；

2)将分析纯的可溶性铁盐氯化亚铁加入到5～25mL去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，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；

3)将上述制备的混合溶液B倒入均相水热反应釜中，然后密封反应釜，将其放入均相水热反应仪中在50～150℃进行水热反应，反应结束后自然冷却到室温得产物C；

4)将产物C用分别水洗、醇洗，将洗涤后的产物分散在水中得产物D；

5)将产物D冷冻至无液体，然后放入冷冻干燥机中在真空度为10～50Pa下干燥10～20h，干燥后的样品即为最终的石墨烯负载铁氧化物自组装类桑葚结构锂离子电池负极材料。

所述步骤1)超生发生器的功率为300W，超声时间为1～3h。

所述步骤3)水热反应釜填充度为30％～80％。

所述步骤3)水热反应时间为10-120min。

所述步骤4)的洗涤采用离心机分别水洗、醇洗3次，每次离心时间1～4min，离心转速为3000～9000rpm。