[发明专利]一种石墨烯包覆CuFeO2复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆CuFeO₂复合负极材料的制备方法，步骤如下：（1）将一定量的铜盐与铁盐加入到去离子水中搅拌，形成溶液A，配置一定浓度的氢氧化钠溶液，缓慢加入到A溶液中，同时加入还原剂和作为导电剂的石墨烯，形成溶液B；（2）将溶液B转移到反应釜中进行水热反应，将产物离心并用乙醇和去离子水洗涤数次，干燥，得到石墨烯包覆CuFeO₂复合负极材料CuFeO₂@G。本发明采用水热法制备纳米级的CuFeO₂材料，具有较大的表面积，增大与电解液的接触面积，又利用石墨烯提高了材料的导电性，因此该复合材料在用于锂离子电池时，具备较高的比容量、充放电速率及较长的循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种电池负极材料的制备方法，尤其涉及一种石墨烯包覆CuFeO₂复合负极材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源危机与环境污染的加剧，新能源的发展和应用势在必行。锂离子电池自20世纪90年代实现商品化以来，得到快速的发展。与传统的化学电池相比，具有质量轻、体积小、电压高、比能量高、工作温度范围宽、比功率大、放电平稳、储存时间长、无记忆效应、无污染等优点。目前，锂离子电池已经广泛的应用在手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子产品中，在电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）和电网储能系统上表现出广泛的应用前景。

如今各种商业化的锂离子电池负极材料都是以碳类材料为主，碳材料是应用非常广泛的锂离子电池负极材料，碳负极材料具有嵌锂电位低，良好的导电性，自然储备丰富，无污染，制备过程简单，其嵌脱锂过程中的体积膨胀基本在9%以下，表现出较高的库仑效率和优良的循环稳定性能。然而，随着对锂电池性能要求的不断提高，石墨作为负极材料的不足也逐渐显露出来，例如克容量低（372 mAh·g^-1）、循环次数较多时层状结构容易剥离脱落等，限制了锂电池比能量和性能的进一步提升。

CuFeO₂是一种铜铁矿物质，具有稳定性好、地壳储量丰富等特点，并且拥有p型半导体的性质，在锂离子电池及光电催化领域有很好的应用前景。CuFeO₂作为锂离子电池的负极材料具有合成的电压平台（1.0V（Vs.Li⁺/Li）），较高的理论比容量（708 mAh·g^-1），非常适合目前要求高安全、高容量的锂离子电池负极材料。然而，CuFeO₂材料导电性较低，导致其在高倍率下容量衰减快，性能较差。同时CuFeO₂颗粒大小与电解液接触面积也是影响其高倍率性能的重要因素。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面二维结构，与石墨类似，碳原子4个价电子中的3个以sp²杂化的形式与最近邻三个碳原子形成平面正六边形连接的蜂巢结构，另一个垂直于碳原子平面的σz轨道电子在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键。这种二元化的电子价键结构决定了石墨烯独特而丰富的性能：sp²键有高的强度和稳定性，晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性，表现出良好的导电性、极高的电子迁移率(2.5×105 cm²•V^-1·s^-1)。这些优异的性能使石墨烯在太阳能电池、高性能电池和超级电容及复合材料诸多领域都有潜在应用。

大多数合成CuFeO₂的方法是高温固相法、溶胶凝胶法后续经过高温煅烧，这些方法所需温度较高，能耗高，高的煅烧温度和长煅烧时间使制备得到的CuFeO₂颗粒较大，从而锂离子在其中的迁移路径边长、嵌入和脱出困难，影响了其电化学性能。如何合成纳米级的CuFeO₂材料，同时解决材料的导电性，是CuFeO₂材料行业发展的重要问题。

发明内容