本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铁基负极材料的制备方法。
背景技术：
由于锂离子电池(libs)的高安全性和理论容量，过渡金属氧化物(mxoy，m＝fe，co和ni)受到越来越多的关注。其中，fe2o3材料由于其天然丰度，低成本和环境友好性而被认为将来可替代商业石墨负极。然而，在充电和放电过程中由于体积膨胀引起的导电性差和容量衰减快，阻碍了纯fe2o3材料用于lib的应用。石墨烯的掺入被认为是提高fe2o3材料电化学性能的可行方法。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种铁基负极材料的制备方法，通过溶胶凝胶方法使氧化铁与石墨烯原复合以提高材料的导电性，并缓解循环过程中的体积膨胀，制备一种高性能的铁基负极材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于溶胶凝胶法制备铁基负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯分散于无水乙醇中，超声处理；
(2)按照fe3+：柠檬酸的摩尔比为1：1，将可溶性铁盐以及柠檬酸完全溶解于步骤(1)得到的氧化石墨烯分散液中，得到混合溶液；混合液中fe3+与氧化石墨烯的质量比为4～5:1；乙二醇加入的量为3-4ml；
(3)将所述的混合溶液置于75～90℃温度下水浴加热至溶液蒸干，得湿凝胶；
(4)将湿凝胶在100～120℃干燥箱中得到干凝胶；
(5)将干凝胶研磨成粉末，在氩气氛围中600～800℃煅烧2～3h，制得铁基锂离子电池负极材料。
所述的步骤(1)中，氧化石墨烯用改进hummers法制备。
所述的步骤(2)中，可溶性铁盐为硝酸铁或乙酸铁。
所述的步骤(2)得到的混合液中，加入乙二醇，乙二醇与混合液中无水乙醇的体积比为1:25。
采用上述方法制备的铁基负极材料用作锂离子电池负极时，首次放电比容量为1300～1500mah/g；在电流密度为100ma/g，经过50次循环后，比容量稳定在700～800mah/g，库伦效率达到96-98％。
本发明中，将石墨烯掺入氧化铁中，可以缓冲在充电和放电过程中体积膨胀，从而改善导电性差和容量衰减快的问题。溶胶凝胶法通过形成胶体来提高金属的分散性，从而抑制循环过程中的体积膨胀问题，并进一步改善负极材料的电化学性能。
本发明的有益效果：
本发明采用溶胶凝胶方法进行氧化铁与石墨烯复合，从而提高材料的导电性，并缓冲铁基负极材料循环过程中的体积膨胀问题，改善电化学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1(fe3+与氧化石墨烯摩尔比4:1)
(1)将1g天然石墨、浓h2so4、h3po4三者置于三口烧瓶中，且浓h2so4与h3po4的体积比为9:1，并分次加入6g高锰酸钾，在冰水浴中搅拌1h。温度升至50℃，保温反应12h.将所得产物倒入冰水中，边搅拌边加入适量双氧水，直至溶液颜色变为换色，然后过滤，并用hcl(体积分数为5％)及蒸馏水将产物洗至ph值接近7。最后，将所得氧化石墨分散水中，超声8h，置于真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨烯。取0.052g氧化石墨烯分散于无水乙醇中，超声处理；
(2)取1.5g九水硝酸铁和4ml0.5m柠檬酸溶液溶解于氧化石墨烯溶液中，加入3ml乙二醇；
(3)将步骤(2)混合溶液置于80℃温度下水浴加热至溶液蒸干，得湿凝胶；
(4)将湿凝胶在105℃干燥箱中得到干凝胶；
(5)将干凝胶研磨成粉末，在氩气氛围中600℃煅烧3h，制得铁基锂离子电池负极材料。该负极材料用作锂离子电池负极，首次放电比容量为1409mah/g。在电流密度为100ma/g，经过50次循环后，比容量稳定在745mah/g，库伦效率达到97.3％。
实施例2(fe3+与氧化石墨烯摩尔比9:2)
(1)将1g天然石墨、浓h2so4、h3po4三者置于三口烧瓶中，且浓h2so4与h3po4的体积比为9:1，并分次加入6g高锰酸钾，在冰水浴中搅拌1h。温度升至50℃，保温反应12h.将所得产物倒入冰水中，边搅拌边加入适量双氧水，直至溶液颜色变为换色，然后过滤，并用hcl(体积分数为5％)及蒸馏水将产物洗至ph值接近7。最后，将所得氧化石墨分散水中，超声8h，置于真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨烯。取0.122g氧化石墨烯分散于无水乙醇中，超声处理；
(2)取4.0g九水硝酸铁溶和20ml0.5m柠檬酸溶液溶解于氧化石墨烯溶液中，加入3ml乙二醇；
(3)将步骤(2)混合溶液置于85℃温度下水浴加热至溶液蒸干，得湿凝胶；
(4)将湿凝胶在110℃干燥箱中得到干凝胶；
(5)将干凝胶研磨成粉末，在氩气氛围中700℃煅烧2.5h，制得铁基锂离子电池负极材料。该负极材料用作锂离子电池负极，首次放电比容量为1345mah/g。在电流密度为100ma/g，经过50次循环后，比容量稳定在708mah/g，库伦效率达到96.9％。
实施例3(fe3+与氧化石墨烯摩尔比5:1)
(1)将1g天然石墨、浓h2so4、h3po4三者置于三口烧瓶中，且浓h2so4与h3po4的体积比为9:1，并分次加入6g高锰酸钾，在冰水浴中搅拌1h。温度升至50℃，保温反应12h.将所得产物倒入冰水中，边搅拌边加入适量双氧水，直至溶液颜色变为换色，然后过滤，并用hcl(体积分数为5％)及蒸馏水将产物洗至ph值接近7。最后，将所得氧化石墨分散水中，超声8h，置于真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨烯。取0.095g氧化石墨烯分散于无水乙醇中，超声处理；
(2)取3.5g九水硝酸铁和18ml0.5m柠檬酸溶液溶解于氧化石墨烯溶液中，加入3ml乙二醇；
(3)将步骤(2)混合溶液置于85℃温度下水浴加热至溶液蒸干，得湿凝胶；
(4)将湿凝胶在110℃干燥箱中得到干凝胶；
(5)将干凝胶研磨成粉末，在氩气氛围中700℃煅烧3h，制得铁基锂离子电池负极材料。该负极材料用作锂离子电池负极，首次放电比容量为1357mah/g。在电流密度为100ma/g，经过50次循环后，比容量稳定在745mah/g，库伦效率达到97.4％。