[發明專利]一種α-Fe2O3@α-FeOOH/rGO鋰離子電池復合負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810086465.1
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108365192A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 曹麗云;馬萌;齊慧;李嘉胤;黃劍鋒;姚愷;陳文卓;吳桂娟
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 張震國

一種α?Fe₂O₃@α?FeOOH/rGO鋰離子電池復合負極材料的制備方法，將氧化石墨烯分散在去離子水中得懸濁液A；將鹽氯化亞鐵加入無水中然后與懸濁液A混合得懸濁液B；將懸濁液B倒入均相水熱反應釜中，然后密封反應釜，將其放入均相水熱反應儀中水熱反應后自然冷卻到室溫得產物C；將產物C用分別水洗、醇洗，將洗滌后的產物分散在水中得產物D；將產物D冷凍干燥得到α?Fe₂O₃@α?FeOOH/rGO鋰離子電池復合負極材料。α?Fe₂O₃相比α?FeOOH/理論容量較低但結構穩定性較好，α?FeOOH/相比α?Fe₂O₃理論容量較高而結構穩定性較差、容量衰減更明顯，通過將兩者進行復合，起到優勢互補的作用。具有較大的比表面積，將鐵氧化物與石墨烯負載，可以顯著提高鐵氧化物的導電性，同時提高鐵氧化物的分散性，避免團聚。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種α-Fe₂O₃@α-FeOOH/rGO鋰離子電池復合負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池負極材料是鋰離子電池的重要組成部分,負極材料的組成和結構對鋰離子電池的電化學性能具有決定性的影響。過渡金屬復合物大多具有較高的理論比容量，放電電位平臺約在1.0～2.0V之間；作為鋰離子電池負極材料，過渡金屬復合物的的反應機理不同于石墨材料的嵌脫鋰反應或Sn、Si類材料的合金化反應,而是一種可逆的氧化還原反應。

由于鐵的天然豐度和無毒性，鐵基過渡金屬氧化物材料一直是鋰離子電池(LIB)電極的有希望的負極材料。目前，α-Fe₂O₃由于比商業石墨高1-2倍的高容量(1000mAh g^-1)已經作為鋰離子電池負極材料被深入研究。α-FeOOH(針鐵礦型羥基氧化鐵)是鐵氧化物中重要的組成部分，由于其高容量(>1200mAh/g)、豐富的自然資源、無毒性和低成本，也被認為是新一代負極材料的有希望的候選物。α-Fe₂O₃相比α-FeOOH理論容量較低但結構穩定性較好，α-FeOOH相比α-Fe₂O₃理論容量較高而結構穩定性較差、容量衰減更明顯，所以通過將兩者進行復合，在一定程度上能起到優勢互補的作用。其次，我們將其與高導電性的材料(還原氧化石墨烯)復合或電極設計來改善它們的電化學循環性能。還原氧化石墨烯(rGO)導電性好，具有較大的比表面積，將鐵氧化物與石墨烯負載，可以顯著提高鐵氧化物的導電性，同時提高鐵氧化物的分散性，避免團聚。因此本課題通過將α-Fe₂O₃與α-FeOOH復合，同時通過化學鍵使α-Fe₂O₃、α-FeOOH原位生長在rGO上，提高α-Fe₂O₃與α-FeOOH的結構穩定性；同時提高α-Fe₂O₃與α-FeOOH的導電性和分散性，進而提高負極材料的倍率性能。張萌等人(Journal of Alloys and Compounds,2015,648，134-138)以氯化鐵和尿素為反應物在80℃水熱條件下反應4h得到FeOOH，材料導電性較差，比容量有待進一步提高；翟彥俊等人(Journal of Power Sources,2016,327，423-431)以氯化鐵和硝酸鈰為原料，PVP等為表面活性劑，在α-FeOOH上摻雜Ce來提高材料的循環性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過將α-FeOOH、α-Fe₂O₃與石墨烯三者進行復合而提高材料結構穩定性和導電性，改善電化學性能的α-Fe₂O₃@α-FeOOH/rGO鋰離子電池復合負極材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：