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【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池负极材料制备技术范畴，特别涉及了一种水热法制备锂离子电池负极材料MnFe2OVrGO的工艺方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池，作为一类出色的储能设备，由于其容量大，循环性能好等特点，在现代储能领域一直有着自己独特的地位。锂离子电池，主要由正极材料、负极材料以及电解液三部分组成，其工作原理是通过锂离子在正、负极材料之间不断地嵌入和脱逸来实现的。
[0003]锂离子电池负极材料的选择，对整个锂离子电池电化学性能的提高都有着重要的意义。锂离子电池负极材料分类很多，最常见的分类炭基、金属基、类金属基材料等。
[0004]金属基材料，例如以过渡金属氧化物一一四氧化三铁为基体，辅以Mn2+的掺杂，制备MnFe2O4材料。锰铁氧体(MnFe2O4):黑色粉末，分子量230.94，尖晶石结构，具有较高的理论比容量(928mAh/g);Mn2+以及Fe3+来源丰富、价格低廉，是一种很有前途的锂离子电池负极材料。但由于其电阻率高、电导率低、体积膨胀率大等缺点，限制了其作为锂离子电池负极材料方面的应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种水热法制备锂离子电池负极材料MnFe2OVrGO的工艺，获得循环比容量高、循环稳定性好的锂离子电池负极材料。本发明首先利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对氧化石墨材料进行表面改性，同时，Mn2+、Fe3+、NH4+通过离子吸附、成分络合等一系列物理、化学反应，制备锰铁-铵根离子络合物/氧化石墨前驱体;而后通过高温水热反应，并利用硼氢化钠对氧化石墨进行还原，制备得MnFe2OVrGO复合材料;最后再在^气氛下进行高温煅烧，获得更高结晶度的MnFe2OVrGO复合材料。
[0006]本发明采用的技术方案为:以三价铁盐、二价锰盐、铵盐、氧化石墨、还原剂、表面改性剂为原料制备锂离子电池负极材料MnFe204/rG0，MnFe204/rG0复合材料中rGO的质量分数在3 %?1 %，复合材料上MnFe2O4粒度为15?30nm，
[0007]其中，氧化石墨是以天然鳞片石墨为原料，采用公知的改进Hummers方法制备得到的，
[0008]二价锰盐为四结合水二氯化锰，三价铁盐为六结合水三氯化铁，还原剂为硼氢化钠，表面改性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，
[0009]上述制备工艺的具体步骤为:
[0010](I)采用改进的Hummers方法制备氧化石墨粉末；
[0011](2)将步骤(I)中得到的氧化石墨粉末以0.02g/L?2g/L的浓度分散于水中，搅拌10?20min，超声Ih?3h，形成分散液A ；
[0012](3)将乙二醇和步骤(2)中得到的分散液A以1:1的体积比混合，并加入0.1?0.5g聚乙烯吡咯烷酮，超声5?20min，形成分散液B;
[0013](4)将四结合水二氯化锰和六结合水三氯化铁以1:2的摩尔比加入到20?40mL的去离子水中，并与步骤(3)中得到的分散液B以1:2的体积比混合，形成混合液C;
[0014](5)将氨水和步骤(4)中得到的混合液C以0.02?0.05的比例混合，搅拌Ih形成混合液D;
[0015](6)以0.2?0.5g/L的浓度向步骤(5)中得到的混合液D中加入硼氢化钠，搅拌10?15min后转入反应釜内，在120°C?180°C下反应6?12h;
[0016](7)反应结束后抽滤、水洗、醇洗后，产物在80°C下干燥4h，并且在N2气氛下400°C?500°C高温烧结2?5h，得到所需的最终样品MnFe204/rG0，
[0017]其中，N2气氛下烧结操作时的升温速率为5°C/min?10°C/min，
[0018]本发明中采用三价铁盐(FeCl3.6H20)、二价锰盐(MnCl2.4H20)为原料，辅以氨水、乙二醇，在水热反应条件下，制备出了颗粒度在15nm左右的MnFe204颗粒，而后再通过一次400°C?500°C下的高温烧结，明显改善了 MnFe2O4颗粒与rGO的复合程度，且材料的结晶度也得到了一定的改善(烧结后，MnFe2O4颗粒度在25nm左右)，制备出的材料在作为锂离子电池负极材料时，表现出了优异的电化学性能。
[0019]另外，本发明还提供了一种采用上述水热法制备的MnFe204/rG0材料作为负极材料，制作锂离子电池的应用(锂离子电池的利记博彩app为本领域的常规工艺)。
[0020]本发明带来的有益技术效果:
[0021]负极材料MnFe2OVrGO以二价锰盐、三价铁盐以及氨水为原料，与经过PVP表面改性的石墨烯材料进行复合，改善了单一铁氧体材料作为锂离子电池负极材料时电导率低、电化学性能差的缺点;Mn2+的掺杂改变原先单一铁氧体材料的晶格参数，材料中出现更多缺陷空位，更有利于锂离子在负极材料中的脱嵌;而rGO的加入改善了单一金属氧化物材料作为锂离子电池负极材料时体积变化率大，循环稳定性差的弱点。
[0022]经过表面改性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面改性的MnFe2OVrGO复合材料，较之未经表面改性的四氧化三锰/石墨烯复合材料，材料的分散性得到了明显的改善；
[0023]经过高温烧结后的MnFe2O^rGO材料，较之未经高温烧结的MnFe2O^rGO材料，结晶度得到了明显的提升，颗粒度可以达到25nm左右；
[0024]作为一种锂离子电池的负极材料，MnFe204/rG0相较于未与rGO复合MnFe204颗粒，循环的稳定性得到了明显的优化；
[0025]作为一种锂离子电池的负极材料，烧结过后的MnFe2OVrGO在50mA/g的电流密度下进行恒流充放电时，首次放比电容量高达1300mAh/g左右，充电比容量为800mAh/g左右，库伦效率可以达到61.5%，在进行40次循环周期过后，材料的循环可逆容量仍可以维持在730mAh/g 左右。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe2OVrGO，对比例I制得的未经高温烧结的MnFe2O4、对比例2制得的未经高温烧结的MnFe2O^rGO和对比例3制得的经高温烧结的MnFe2O4的X射线衍射仪分析图；
[0027]图2是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe204/rG0(a)，对比例I制得的未经高温烧结的MnFe2O4(b)、对比例2制得的未经高温烧结的MnFe2OVrGO(c)和对比例3制得的经高温烧结的Mn F e 204 (d)的扫描电子显微镜照片；
[0028]图3是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe2OVrGO的拉曼图谱；
[0029]图4是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe2OVrGO的热重曲线；
[0030]图5是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe2OVrGO和对比例3制得的经高温烧结的MnFe2O4的循环性能对比图；
[0031]图6是本发明实施例1制得的经高温烧结的MnFe2OVrGO和对比例3制得的经高温烧结的MnFe2O4的倍率性能对比图。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
[0033](I)采用改进的Hmimers方法制备氧化石墨粉末；
[0034](2)将步骤(I)中得到的氧化石墨粉末20mg分散于20mL水中，搅拌lOmin，超声3h，形成分散液A;
[0035](3)将20mL乙二醇加入步骤(2)中得到的分散液A中，并加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮(分子量为58000 )，超声I Omin，形成分散液B;
[0036](4)将1mL的MnCl2.4H20溶液(lmol/L)和1mL的FeCl3.6H20溶液(2mol/L)加入到步骤(3)中得到的分散液B中，搅拌30min，形成混合液C;
[0037](5)向步骤(4)中得到的混合液C中用滴管缓慢滴加1.5mL溶质质量浓度为25%的氨水，搅拌Ih形成混合液D ；
[0038](6)向步骤(5)中得到的混合液D中加入20mg硼氢化钠，搅拌1min后转入反应釜内，在180°C下反应1h;
[0039](7)反应结束后自然冷却，抽滤，水洗、醇洗各三次后，产物在80°C下干燥4h，并且在N2气氛下500°C(升温速率为5°C/min)高温烧结3h，得到所需的最终样品MnFe204/rG0。
[0040]对比例I
[0041 ] (I)将20mL的乙二醇和0.2g的PVP加入20mL水中，超声1min，
[0042](2)将1mL的MnCl2.4H20溶液(lmol/L)和1mL的FeCl3.6H20溶液(2mol/L)加入到步骤(I)中得到的体系中，搅拌30min，
[0043](3)向步骤(2)中得到的体系中用滴管缓慢滴加1.5mL溶质质量浓度为25 %的氨水，搅拌Ih，
[0044](4)向步骤(3)中得到的体系中加入20mg硼氢化钠，搅拌1min后转入反应釜内，在180°C下反应10h，
[0045](5)反应结束后自然冷却，抽滤，水洗、醇洗各三次后，产物在80°C下干燥4h，得到未经高温烧结的MnFe2O4样品。
[0046]对比例2
[0047](I)采用改进的Hmimers方法制备氧化石墨粉末；
[0048](2)将步骤(I)中得到的氧化石墨粉末20mg分散于20mL水中，搅拌lOmi