[发明专利]一种石墨烯负载α‑FeOOH夹心片层结构锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯负载α-FeOOH夹心片层结构锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

α-FeOOH(针铁矿型羟基氧化铁)是铁氧化物中重要的组成部分，由于其高容量(>1000mAh/g)、丰富的自然资源、无毒性和低成本，长期以来被认为是新一代负极材料的有希望的候选物。但是同大多数氧化物电极一样，α-FeOOH具有导电性差，充放电时体积膨胀明显，进而导致活性物质粉化从集流体表面脱落，而导致电极容量急剧下降。张萌等人(Journal of Alloys and Compounds,2015,648，134-138)以氯化铁和尿素为反应物在80℃水热条件下反应4h得到FeOOH，材料导电性较差，比容量有待进一步提高；翟彦俊等人(Journal of Power Sources,2016,327，423-431)以氯化铁和硝酸铈为原料，PVP等为表面活性剂，在α-FeOOH上掺杂Ce来提高材料的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过将α-FeOOH与石墨烯复合从而提高材料导电性，改善电化学性能的石墨烯负载α-FeOOH夹心片层结构锂离子电池负极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将市售的氧化石墨烯分散在25～40mL去离子水中配置成1～5mg/mL的溶液，然后采用超声发生器形成分散均匀的氧化石墨烯悬浊液A；

2)将分析纯的可溶性铁盐硝酸铁加入到10～25mL去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，配置成铁盐和氧化石墨烯的混合溶液，其中铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，然后将混合溶液采用超声发生器分散得悬浊液B；

3)将上述制备的悬浊液B倒入均相水热反应釜中，然后密封反应釜，将其放入均相水热反应仪中在50～150℃进行水热反应，反应结束后自然冷却到室温得产物C；

4)将产物C用分别水洗、醇洗，将洗涤后的产物分散在水中得产物D；

5)将产物D在-20～-50℃下冷冻干燥，保持真空度为10～60Pa，干燥后的样品即为夹心片层结构石墨烯负载α-FeOOH复合物。

所述步骤1)超生发生器的功率为300W，超声时间为1～3h。

所述步骤2)超生发生器的功率为300W，超声时间为2～5h。

所述步骤3)水热反应釜填充度为30％～80％。

所述步骤3)水热反应时间为2～5h。

所述步骤4)的洗涤采用离心机分别水洗、醇洗3次，每次离心时间1～4min，离心转速为3000～9000rpm。

所述步骤5)干燥时间为10～20h。

由于石墨烯导电性好，具有较大的比表面积，与其负载，可以显著提高α-FeOOH的导电性，同时提高α-FeOOH的分散性，避免团聚。本发明结合超声辅助法和均相水热法，通过将α-FeOOH与石墨烯复合来提高材料导电性，改善电化学性能。通过石墨烯负载其能有效解决α-FeOOH导电性差的问题，又能抑制体积膨胀，使电池结构更加稳定，从而提高电池的循环稳定性能。

本发明的有益效果体现在：

1)本发明以提高产物的导电性，缓解体积膨胀为目的，进而制备了石墨烯负载α-FeOOH夹心片层复合物。在0.2A/g的电流下，首次放电达到了1000～1350mAh/g,经过5A/g的大电流冲击后，容量恢复到800～1000mAh/g；且在0.2C倍率下，100圈循环后的容量稳定在500～600mAh/g。

2)本发明结合超声辅助法和均相水热法，利用铁盐与氧化石墨烯的配位，实现了α-FeOOH在石墨烯表面的原位生长，进而形成石墨烯负载α-FeOOH的夹心片层结构，实验方法简单，成本低廉，易于实现。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的产物粒子用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析样品图；

图2、图3和图4，是本发明实施例1制备的样品用日本公司生产的JSM-6700F型扫描电子显微镜照片；

图5是本发明实施例1制备的样品制备成纽扣式锂离子电池的电化学性能图。

具体实施方式

实施例1：

1)将市售的氧化石墨烯分散在25mL去离子水中配置成1mg/mL的溶液，然后采用300W的超声发生器超声分散1h，形成分散均匀的氧化石墨烯悬浊液A；