[发明专利]一种四氧化三铁/rGO纳米负极材料及其制备方法

说明书

一种四氧化三铁/rGO纳米负极材料及其制备方法，所述负极材料中，所述四氧化三铁与rGO的质量比为0.5～5.0:1；所述四氧化三铁以球状颗粒附着于rGO片上。所述制备方法为：（1）将表面活性剂、铁源与羧酸类有机配体加入溶剂中，搅拌；（2）将氧化石墨烯悬浊液加入，搅拌，超声分散；（3）水热反应，冷却，过滤，洗涤沉淀，干燥；（4）在保护性气氛中焙烧，冷却，即成。本发明负极材料充放电过程中体积变化小，容量衰减小，导电性好，循环性能与倍率性能优异；本发明方法工艺简单、易控制，条件温和，成本低，环境友好，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种负极材料及其制备方法，具体涉及一种四氧化三铁/rGO纳米负极材料及其制备方法。

背景技术

便携式与动力型锂离子电池的商业化应用发展，促进了对高能量/体积密度、长循环寿命、低成本、安全可靠电极材料的研究应用。过渡金属氧化物如四氧化三铁负极材料，具有近三倍于传统石墨负极的理论比容量（926mAh·g^-1），且导电性好，储量丰富，安全环保，从而受到广泛的研究。但该材料在循环过程中的体积变化较大，容易粉化失活，使容量衰减，从而限制了四氧化三铁在长循环与高倍率充放电下的应用。

对于单一Fe₃O₄电极材料，可通过纳米化或制备特殊结构形貌的产物，来缓解充放电时体积的变化，以缩短电子、离子的传输距离，并增强与电解液的接触。

CN 104167536 A 公开了一种尺寸可控的球形Fe₃O₄纳米颗粒的制备方法，是将铁源与油酸钠溶解于乙二醇中，室温磁力搅拌2h后水热反应，冷却后清洗烘干，得球形Fe₃O₄纳米颗粒。虽然该方法过程简单，但是，充放电时容量衰减迅速，在0.1A·g^-1下，充放电循环100次后的实际容量仅550mAh·g^-1。

CN 106745319 B公开了一种三维自组装球状纳米结构Fe₃O₄材料的制备方式，是以铁氰化钾作为铁源，溶于水和多元醇的混合溶剂中搅拌加热反应，洗涤干燥，得产物Fe₃O₄微纳米材料。虽然该方法条件温和，流程简单，原料使用少，但是，铁源较单一，在反应过程中易生成氢氰酸，且材料在长循环时首圈容量衰减快，高倍率下的容量衰减严重，3A·g^-1电流密度下，放电比容量仅400mAh·g^-1。

对于四氧化三铁复合电极材料，通常采用氮掺杂，碳材料或其它金属氧族化合物包覆等方式提高导电性，以产生协同效应。

CN 106848303 A公开了一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁负极材料的制备方法，是通过将氧化石墨烯溶解于乙醇中超声形成悬浊液，加入铁盐、尿素及表面活性剂的水溶液后加入油酸形成微乳液，搅拌均匀进行微波反应，将产物与尿素混合研磨热解得最终产物。虽然在0.2A·g^-1的充放电电流下，首次放电比容量为900～1350 mAh·g^-1，反应条件温和，周期短，但所需反应物添加剂过多，反应条件不易控制，在大倍率充放电下容量衰减较快。

综上所述，以上制备方法存在以下缺点：（1）制备所需原料和添加剂种类繁杂，成本高，且反应过程不易控制；（2）制备过程中使用的试剂药品毒性大，易产生有毒物质，对环境不友好；（3）所得产物充放电过程中容量衰减迅速，倍率性能有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种充放电过程中体积变化小，容量衰减小，导电性好，循环性能与倍率性能优异的四氧化三铁/rGO纳米负极材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、易控制，条件温和，成本低，环境友好，适宜于工业化生产的四氧化三铁/rGO纳米负极材料的制备方法。