氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料及其制备方法和负极片

本发明涉及电极材料，具体而言，涉及一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料及其制备方法和负极片。

背景技术：

1、铁酸铋是一种常见的多铁材料，在铁电领域应用广泛。铁酸铋作为过渡金属氧化物之一，其结构为稳定的钙钛矿结构。铁酸铋的理论比容量为770 mah g-1，几乎是常用负极材料石墨容量的两倍。另外，作为转化类负极材料，铁酸铋在循环过程中产生的体积变化是可逆的，相较于嵌入式的石墨等负极材料来说更加安全，因此，铁酸铋有望成为一种稳定的锂离子电池负极材料。然而，目前关于铁酸铋作为电极材料的研究非常少，原因之一是铁酸铋本身属于绝缘体，其内阻较大；原因之二是即使作为电极材料，由于负极材料在固体电解质界面（sei）的生长过程中被大量消耗，导致电极材料老化；新相的形成以及铁离子向材料表面的扩散，进一步导致有效物质的损耗，最终导致电池在循环过程中容量衰减严重。

2、鉴于此，为了降低内阻，防止电极老化，减少有效物质损耗，同时，抑制充放电循环过程金属单质的析出，以实现铁酸铋在负极材料上的应用前景，发挥其材料优势和潜力，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料及其制备方法和负极片，以改善上述技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其包括：在铁酸铋的表面通过水热法包覆氧化石墨烯，其中，所述氧化石墨烯与铁酸铋的质量比为15：（0.8~1.2），且铁酸铋为通过水热法制备得到的具有块状形貌的铁酸铋。

4、可选地，铁酸铋的制备步骤包括：将铁盐、铋盐溶解后滴加沉淀剂溶液生成沉淀，然后将沉淀在第一矿化剂溶液中再次溶解后进行水热反应。

5、可选地，铁盐选自硝酸铁，所述铋盐选自硝酸铋，用于溶解所述铁盐和所述铋盐的溶剂为质量浓度为8%~12%的硝酸溶液；

6、可选地，沉淀剂溶液为1.5m~2.5m的氢氧化钠溶液；

7、可选地，第一矿化剂溶液为4m~10m的氢氧化钠溶液；

8、可选地，制备所述铁酸铋的水热反应的温度为200℃~240℃，反应时间为12~24小时。

9、可选地，第一矿化剂溶液为6m~8m的氢氧化钠溶液，制备铁酸铋的水热反应的温度为220℃~240℃，反应时间为12~24小时。

10、可选地，在水热反应之前，将生成的所述沉淀超声，搅拌后离心分离沉淀，再对沉淀进行多次洗涤。

11、可选地，在铁酸铋的表面通过水热法包覆氧化石墨烯包括：将铁酸铋和氧化石墨烯粉末分散于水中，然后再加入第二矿化剂溶液进行水热反应。

12、可选地，包覆氧化石墨烯的水热反应温度为160℃~200℃，反应时间为12h~24h。第二矿化剂溶液为0.8~1.2m的氢氧化钠溶液，氢氧化钠与所述铁酸铋的用量比为3~5：1。

13、可选地，该氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法还包括：将包覆氧化石墨烯后得到的铁酸铋阳极材料通过去离子水和醇反复洗涤后，在75℃~85℃的温度下干燥至少12h。

14、第二方面，本发明还提供一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料，其由上述氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法制备得到。

15、第三方面，本发明还提供了一种负极片，其电极活性材料为上述氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料。

16、本发明具有以下有益效果：通过特定的选用水热法制备的具有块状形貌的铁酸铋作为负极材料的基体，其具有较高的结晶度和有序排列的晶体，热稳定性高，该特定形貌的铁酸铋再通过特定比例的氧化石墨烯进行包覆改性后，能够降低铁酸铋的内阻，使得包覆形成的阳极材料具有较好的导电性，并且氧化石墨烯的包覆还能够减少金属bi在材料表面富集，避免活性物质的损失，从而使得铁酸铋作为负极活性材料的工业化成为可能，提高了铁酸铋的应用价值。

技术特征：

1.一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，其包括：在铁酸铋的表面通过水热法包覆氧化石墨烯，其中，所述氧化石墨烯与所述铁酸铋的质量比为15：（0.8~1.2），且所述铁酸铋为通过水热法制备得到的具有块状形貌的铁酸铋。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，所述铁酸铋的制备步骤包括：将铁盐、铋盐溶解后滴加沉淀剂溶液生成沉淀，然后将所述沉淀在第一矿化剂溶液中再次溶解后进行水热反应。

3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐选自硝酸铁，所述铋盐选自硝酸铋，用于溶解所述铁盐和所述铋盐的溶剂为质量浓度为8%~12%的硝酸溶液；

4.根据权利要求3所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，所述第一矿化剂溶液为6m~8m的氢氧化钠溶液，制备所述铁酸铋的水热反应的温度为220℃~240℃，反应时间为12~24h。

5.根据权利要求2所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，在水热反应之前，将生成的所述沉淀超声，搅拌后离心分离所述沉淀，再对所述沉淀进行多次洗涤。

6.根据权利要求2所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，在铁酸铋的表面通过水热法包覆氧化石墨烯包括：将所述铁酸铋和氧化石墨烯粉末分散于水中，然后再加入第二矿化剂溶液进行水热反应。

7.根据权利要求6所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，包覆氧化石墨烯的水热反应温度为160℃~200℃，反应时间为12h~24h；

8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料的制备方法，其特征在于，还包括：将包覆氧化石墨烯后得到的铁酸铋阳极材料通过去离子水和醇反复洗涤后，在75℃~85℃的温度下干燥至少12h。

9.一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料，其特征在于，其由权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种负极片，其特征在于，其电极活性材料为权利要求9所述的氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料。

技术总结本发明公开了一种氧化石墨烯包覆的铁酸铋阳极材料及其制备方法和负极片，该铁酸铋阳极材料的制备方法包括：在铁酸铋的表面通过水热法包覆氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯与铁酸铋的质量比为15：（0.8~1.2），且铁酸铋为通过水热法制备得到的具有块状形貌的铁酸铋。通过特定的选用水热法制备的具有块状形貌的铁酸铋作为负极材料的基体，其具有较高的结晶度和有序排列的晶体，热稳定性高，该特定形貌的铁酸铋再通过特定比例的氧化石墨烯进行包覆改性后，能够降低铁酸铋的内阻，提高了导电性，并且氧化石墨烯的包覆还能够减少金属Bi在材料表面富集，避免活性物质的损失，从而提高了铁酸铋在负极材料上的应用价值。技术研发人员：乌力吉贺希格,原志鹏,王晓欢受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14