[发明专利]一种高性能锂电池负极材料r-GO/Fe2

说明书

本发明公开了一种高性能锂电池负极材料r‑GO/Fe₂O₃‑MoO₃的制备方法，该方法为：首先在氧化石墨烯GO分散液中加入尿素并超声，向其中加入FeCl₃溶液和MoO₃的分散液，将混合溶液加入到水热釜中，FeCl₃在碱性条件下水解生成Fe(OH)₃，高温高压下Fe(OH)₃分解生成Fe₂O₃；然后将产物置于马弗炉中高温煅烧，最终Fe₂O₃和MoO₃都均匀地附着在还原氧化石墨烯表面，得到高性能的三元复合电极材料r‑GO/Fe₂O₃‑MoO₃。由于MoO₃和Fe₂O₃两种金属氧化物粒子的协同效应，提高了材料的放电比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种高性能锂电池负极材料r-GO/Fe₂O₃-MoO₃的制备方法，属于碳基复合型负极材料制备领域。

背景技术

当前世界各国都在积极开发新能源产业，锂离子电池产业也是其中之一。由于锂离子电池具有高容量、高电压平台、安全性能好、循环寿命长、绿色无污染等重要优点，使其在便携式电子3C设备、纯电动汽车、船舶、空间技术、生物医学工程、物流、国防军工等多方面得到了广泛应用，成为近10年及未来一段时间广为关注的新能源领域研究热点。动力锂离子电池的性能优化需要依托于负极材料技术的创新突破，因此高性能负极材料的研究成为当前锂离子动力电池最为活跃的板块之一。较为理想的负极材料最少要具备以下7点条件：化学电位较低，与正极材料形成较大的电势差，从而得到高功率电池；应具备较高的循环比容量；在负极材料中Li+应该容易嵌入和脱出，具有较高的库伦效率，以至于在Li+脱嵌过程中可以有较稳定的充放电电压；有良好的电子电导率和离子电导率；有良好的稳定性，对电解质有一定的兼容性；对于材料的来源应该资源丰富，价格低廉，制造工艺简单；安全、绿色无污染。符合以上各个条件的负极材料目前基本不存在。

因此研究能量密度高，安全性能好，价格便宜，材料易得的新型负极材料成为当务之急，这也是现阶段锂电池研究领域的热门课题。现阶段，锂离子电池负极材料主要有碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含锂的过渡金属的氮化物以及钛酸锂材料。

近年来越来越多的氧化物和多金属氧化物被用于锂离子电池的负极材料，其中具有代表性的有SnO₂,CoO，TiO₂，MoO₃,Fe₂O₃等。而影响它们循环性能的最主要的缺陷之一就是循环过程中材料体积的膨胀，针对这一问题最常用的方法就是对材料本身形貌的调控。中空纳米结构在缓解材料体积变化上有明显的效果.常见的中空纳米材料包括分层空心球体，多层管状结构，中空多面体和多层中空结构，以及它们与纳米碳材料的混合体。纳米碳材料包括石墨，炭黑，软碳，硬碳，碳纳米管、富勒烯、石墨烯等，石墨烯做为最前沿的碳材料，具有非常优异的电化学性能，有直接作为锂电池负极材料的可能。通过简便易行的方法将石墨烯与合适的金属氧化物进行复合以获得高性能的负极材料是重要的研究方向。

2015年，王艳容等人制备出多层笼状结构的碳涂敷Fe₃O₄微球，该材料具有高比容量和循环稳定性。2016年四川大学的Wei Xiang等通过前向法合成了石墨烯包覆磷酸铁锰锂材料。中科大的Song Jin等人利用微米级长度的碳纳米管研制了一种超厚三维石墨泡沫集流体结构。南洋理工大学的Yu Ming Chen等人制备出了Co₃O₄中空纳米粒子和碳纳米管组成的分层管状结构。