[发明专利]一种中空球锌铁氧化物氧化石墨烯复合电极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种制备高性能中空球锌铁氧化物氧化石墨烯复合电极材料的方法。所述的复合电极材料中锌铁氧化物(ZnFe₂O₄)为中空球壳结构，氧化石墨烯通过静电相互作用均匀分布于锌铁氧化物(ZnFe₂O₄)上，对锌铁氧化物(ZnFe₂O₄)形成致密包裹。所述的复合电极材料内层为可伸缩的中空球壳结构，能够有效缓解充放电过程中的体积膨胀，外层为大比表面、高导电性和机械稳定性的氧化石墨烯，可大大提高锂离子和电子在电极和电解液中的传输效率，得益于二者的协同作用，本发明的中空球形锌铁氧化物/氧化石墨烯复合材料表现出非常优良的储锂性能，具有很好的应用前景。且该复合电极材料制备工艺简单可控、操作方便，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种中空球锌铁氧化物氧化石墨烯复合电极材料制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIB)因具有高的能量密度、长的循环寿命、无记忆效应和环境友好等众多优点，成为各类电子设备目前所广泛采用的供能器件。所以，研制出高性能锂离子电池对推动电子设备的发展至关重要。然而目前商业化的负极材料-石墨类碳材料理论容量有限(372mA h g^-1)，很难满足电子设备的需求。因此亟需寻找高比容量的新型负极材料来提高LIB的能量密度。其中铁锌氧化物ZnFe₂O₄因具有两种储锂机制，其理论比容量高达1072mAh/g。此外，其原料便宜易得，无毒，受到研究者们的重点关注。但其导电性差，容量衰减快，循环过程中体积膨胀，极大地限制了ZnFe₂O₄材料的实际应用。

近年来，为了解决上述问题，一种有效的策略是开发具有特定纳米结构的材料，以适应循环试验后的体积膨胀和电极粉碎。如纳米颗粒、纳米纤维、空心微球、介孔纳米棒等。其中空心纳米球结构可以大大减少充放电过程中的体积变化，提高循环性能。然而空心结构在长时间循环后易松散和坍塌，另外低的电导率，这些都是导致锂储存能力低下的重要原因。

将锌铁氧化物与碳材料复合可有效提高电极导电性并维持电极结构稳定。Li等人(J.Alloys Compd.2018,737,58)通过回流法及后续N₂中退火制备了一种ZnFe₂O₄/石墨烯复合电极材料。石墨烯提高了电极材料的导电性和结构稳定性，使得该复合材料具有高的可逆容量，优良的循环性能和倍率性能。氧化石墨烯同样具有高导电性和机械稳定性，此外，氧化石墨烯表面富含官能团，可与ZnFe₂O₄结合更加紧密。因此，如何提供一种简便的方法将ZnFe₂O₄空心纳米球结构与氧化石墨烯有机结合，制备出高性能ZnFe₂O₄/氧化石墨烯复合电极材料具有非常重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种中空球锌铁氧化物氧化石墨烯复合电极材料及其制备方法。

壳状锌铁氧化物复合氧化石墨烯电极材料由纳米级锌铁氧化物颗粒和氧化石墨烯(GO)组成，所述的锌铁氧化物的分子式为ZnFe₂O₄，其特征在于，所述的纳米级锌铁氧化物颗粒的直径为300纳米～800纳米。

本发明的中空球锌铁氧化物氧化石墨烯复合电极材料，其特征在于，所述的复合材料中氧化石墨烯的重量百分含量优先为5％～15％，进一步优先为7％～12％，最优先为10％。