[发明专利]用于锂电池负极的NiFe2O4/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源、新材料领域，具体涉及一种NiFe₂O₄/石墨烯复合的锂离子电池负极活性材料的制备方法。 

背景技术

锂离子电池作为一种绿色新型电源，具有放电比容量大、能量密度高、工作电压高、自放电小、无记忆效应、循环寿命长且安全的优点，已经广泛应用于数码相机、笔记本电脑、手机等各种便携式电子设备，还有望成为下一代混合动力系统汽车、航空航天的储能装置。作为推动锂离子电池发展的关键部分负极材料，已成为科研人员关注的热点。 

石墨碳因具有适合锂离子嵌入/脱出的层状结构、良好的导电性、化学稳定性和较低的成本等一系列优点，是目前商业化最成功的负极材料，但石墨碳负极材料的理论比容量仅有372 mAh/g，且在充放电过程中容易形成固体电解质膜，产生不可逆容量，库伦效率低，难以满足便携式电子设备对高能量密度的要求。因此寻求一种高比容量且循环性能良好的新型负极材料成为锂离子电池研究的重要课题。 

尖晶石结构的过渡金属氧化具有较高的理论比容量，能与锂发生可逆的脱嵌锂反应，原料来源广泛、制备方法简单、对环境友好，有可能成为下一代锂离子电池负极的理想材料。其中NiFe₂O₄的理论比容量为915 mAh/g，远高于石墨碳材料，具有良好的电化学性能（Ding Y，Journal of Power Sources，2013，244：610-613），但是NiFe₂O₄的导电性低、充放电过程中体积膨胀效应大而导致容量衰减严重、不可逆容量大、循环性能差（Zhao H，Electrochemistry Communication，2007，9：2606-2610；Abrca C V，Journal of Chemical Physics C，2010，114：12828-12832），制约其实际应用的发展。中国发明专利（CN 103700842 A）描述了一种NiFe₂O₄/C锂离子电池负极材料及制备，该方法在碱性环境下采用联氨作为还原剂制备负极材料前驱体，采用非石墨化碳进行复合制得负极材料，非石墨化碳能增加材料的导电性，但是非石墨化碳不可逆容量很高，存在电压滞后现象，对材料的电化学性能提升有限。 

石墨烯是在2004年由Giem等发现的一种单原子厚度的二维平面结构的碳纳米材料（Geim A K，Nature materials，2007，6：183-191；Novoselov K S，Science，2004，306：666–669），具有独特导电性能、高比表面积（>2623 m²/g）和化学稳定性等优异的特性，但是石墨烯在制备过程以及单独作为负极材料应用时容易发生团聚，严重影响其本身的性能。 

发明内容

本发明提供了一种NiFe₂O₄/石墨烯复合的锂离子电池负极活性材料的制备方法。解决石墨烯在制备过程以及单独作为负极材料应用时容易发生团聚，严重影响其本身的性能的问题。 

本发明的技术方案为： 

用于锂电池负极的NiFe₂O₄/石墨烯复合材料的制备方法，采用氧化石墨烯、镍源、铁源和沉淀剂尿素在水热环境下一步原位还原制得NiFe₂O₄/纳米复合材料。

具体其步骤为： 

（1）将氧化石墨烯溶解在去离子水中，超声搅拌使其完全溶解；将镍源和铁源按照镍铁摩尔比为1︰2溶解在去离子水中，搅拌均匀；然后将适量的尿素加入到上述溶液；

（2）将步骤（1）所配溶液混合均匀，超声搅拌后，将溶液转移至高压反应釜中进行水热反应；反应完全后，将反应釜冷却至室温，抽滤产物、洗涤、干燥，得到粉末状的前躯体。将前躯体置于气氛管式炉中热处理后即可制得NiFe₂O₄/石墨烯复合的锂离子电池负极活性材料。

进一步地，所述氧化石墨烯的浓度为2~8 mg/ml。 

进一步地，所述镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的至少一种；铁源为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的至少一种。 

进一步地，所述沉淀剂尿素与镍源和铁源的摩尔比为（8~32）︰1︰2。 

进一步地，所述水热反应条件是：保温温度为160~200 ℃，保温时间为6~24 h。