[发明专利]一种α-Fe2O3@α-FeOOH/rGO锂离子电池复合负极材料的制备方法

说明书

一种α‑Fe₂O₃@α‑FeOOH/rGO锂离子电池复合负极材料的制备方法，将氧化石墨烯分散在去离子水中得悬浊液A；将盐氯化亚铁加入无水中然后与悬浊液A混合得悬浊液B；将悬浊液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水热反应后自然冷却到室温得产物C；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；将产物D冷冻干燥得到α‑Fe₂O₃@α‑FeOOH/rGO锂离子电池复合负极材料。α‑Fe₂O₃相比α‑FeOOH/理论容量较低但结构稳定性较好，α‑FeOOH/相比α‑Fe₂O₃理论容量较高而结构稳定性较差、容量衰减更明显，通过将两者进行复合，起到优势互补的作用。具有较大的比表面积，将铁氧化物与石墨烯负载，可以显著提高铁氧化物的导电性，同时提高铁氧化物的分散性，避免团聚。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种α-Fe₂O₃@α-FeOOH/rGO锂离子电池复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池负极材料是锂离子电池的重要组成部分,负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。过渡金属复合物大多具有较高的理论比容量，放电电位平台约在1.0～2.0V之间；作为锂离子电池负极材料，过渡金属复合物的的反应机理不同于石墨材料的嵌脱锂反应或Sn、Si类材料的合金化反应,而是一种可逆的氧化还原反应。

由于铁的天然丰度和无毒性，铁基过渡金属氧化物材料一直是锂离子电池(LIB)电极的有希望的负极材料。目前，α-Fe₂O₃由于比商业石墨高1-2倍的高容量(1000mAh g^-1)已经作为锂离子电池负极材料被深入研究。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(>1200mAh/g)、丰富的自然资源、无毒性和低成本，也被认为是新一代负极材料的有希望的候选物。α-Fe₂O₃相比α-FeOOH理论容量较低但结构稳定性较好，α-FeOOH相比α-Fe₂O₃理论容量较高而结构稳定性较差、容量衰减更明显，所以通过将两者进行复合，在一定程度上能起到优势互补的作用。其次，我们将其与高导电性的材料(还原氧化石墨烯)复合或电极设计来改善它们的电化学循环性能。还原氧化石墨烯(rGO)导电性好，具有较大的比表面积，将铁氧化物与石墨烯负载，可以显著提高铁氧化物的导电性，同时提高铁氧化物的分散性，避免团聚。因此本课题通过将α-Fe₂O₃与α-FeOOH复合，同时通过化学键使α-Fe₂O₃、α-FeOOH原位生长在rGO上，提高α-Fe₂O₃与α-FeOOH的结构稳定性；同时提高α-Fe₂O₃与α-FeOOH的导电性和分散性，进而提高负极材料的倍率性能。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、α-Fe₂O₃与石墨烯三者进行复合而提高材料结构稳定性和导电性，改善电化学性能的α-Fe₂O₃@α-FeOOH/rGO锂离子电池复合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：