[發(fā)明專利]一種棒狀α-三氧化二鐵/GN鋰電負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810219446.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN108390046B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈瀟;丁豪;楊光;劉榮;王治偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/525
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種棒狀α?Fe₂O₃/GN鋰電負(fù)極材料的制備方法，其是通過GO(氧化石墨烯)對(duì)棒狀α?Fe₂O₃進(jìn)行修飾以達(dá)到進(jìn)一步提高其鋰電性能的目的，屬于納米功能材料制備領(lǐng)域。具體是以FeCl₃?6H₂O為反應(yīng)物，辛醇和水為反應(yīng)溶劑，在堿性條件下經(jīng)溶劑熱反應(yīng)后首先煅燒合成出α?Fe₂O₃棒狀材料。為提高產(chǎn)物的鋰電性能，進(jìn)一步將棒狀α?Fe₂O₃氨基化后與氧化石墨烯上的環(huán)氧基結(jié)合形成復(fù)合材料，經(jīng)水合肼還原即可制得棒狀α?Fe₂O₃/GN復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)電性、更好的循環(huán)性能和放電比容量，可用于充當(dāng)鋰離子電池中的負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種棒狀α-Fe₂O₃/GN鋰電負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、無記憶效應(yīng)和便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、相機(jī)等許多數(shù)碼電子產(chǎn)品中。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，面對(duì)鋰離子電池用于便攜式電子設(shè)備和混合動(dòng)力電動(dòng)車的社會(huì)需求日益增加，因此制備和研究新型電極材料用以提高傳統(tǒng)電極材料的性能已引起了人們廣泛的關(guān)注，對(duì)合成具有更高比容量、更好的循環(huán)性能、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和低成本的鋰離子電池提出了新的要求。

負(fù)極材料是組成鋰離子電池的重要材料之一，直接影響著鋰離子電池的使用效果。近年來，α-Fe₂O₃納米材料已經(jīng)成為一種重要的鋰離子電池負(fù)極材料，因?yàn)橄鄬?duì)于傳統(tǒng)碳材料的理論比容量(372mAh·g^-1)，α-Fe₂O₃具有較高的理論比容量(1005 mAh·g^-1)、優(yōu)異的儲(chǔ)鋰能力和較好的安全性能，同時(shí)還有天然豐度大、無毒、低成本等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，α-Fe₂O₃納米材料的導(dǎo)電性差，在嵌脫鋰過程中存在較大的體積變化導(dǎo)致其比容量衰減過快，循環(huán)性能變差等問題，限制了α-Fe₂O₃納米材料在鋰電池方面的應(yīng)用。

目前，人們已經(jīng)通過幾種不同的方法來改善和解決這些問題，包括：采用其他金屬摻雜、改善納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造(納米管、納米盤、納米片、納米紡錘體、納米膠囊、空心材料等)、合成碳復(fù)合材料和其他金屬氧化物復(fù)合材料等方法。在這些方法中，碳材料的加入可以緩沖充放電過程中電極材料體積的變化，增加導(dǎo)電性，從而改善α-Fe₂O₃納米材料的鋰電性能。

由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的比表面積、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可適性和最薄的二維結(jié)構(gòu)，使得石墨烯在能量?jī)?chǔ)存方面應(yīng)用廣泛。石墨烯GN是由sp²雜化的單層碳原子組成的六角形蜂窩狀結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯GO是GN的高度氧化形式,其片層和邊緣上含有大量羥基、羧基、環(huán)氧基等基團(tuán)。許多金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料包括NiO、MnO₂、Co₃O₄、MnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄等已經(jīng)被合成出來作為鋰電池的負(fù)極材料。因?yàn)槭┎粌H含有許多功能基團(tuán)，可以通過化學(xué)修飾得到石墨烯的復(fù)合物，還具有能夠促使納米粒子的均勻分散，縮短鋰電子傳輸距離，增加電子導(dǎo)電性，使金屬氧化物表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，金屬氧化物能夠有效防止石墨烯的團(tuán)聚，增大其比表面積和石墨烯的鋰離子儲(chǔ)存能力，兩組分相互協(xié)同，從而表現(xiàn)出更好的物理化學(xué)性質(zhì)。因此，通過GO對(duì)棒狀α-Fe₂O₃進(jìn)行修飾在提高鋰電性能方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容