[發明專利]一種石墨烯負載石墨碳包覆四氧化三鐵鋰離子電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710038866.5
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106848303A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 曹麗云;齊慧;李嘉胤;黃劍鋒;陳文卓;馬萌;李春光;杜欣怡
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 齊書田

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種石墨烯負載石墨碳包覆四氧化三鐵鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

由于鋰離子電池具有能量密度高，使用壽命長，環境友好等優點，最近幾年來成為了研究熱點，并成功實現了商業化。為了發展下一代能夠應用于電動汽車，大規模的能源存儲設備的更有效的鋰離子電池材料，能夠尋找到一種具有優異的電化學性能的負極材料是個關鍵因素。鐵的氧化物(Fe₂O₃,Fe₃O₄)具有高容量(～1000mAh/g)，低成本，來源廣泛，無毒等優點，與現有的石墨電極(372mAhg^-1)相比，具有顯著的優勢。然而單一的Fe₃O₄導電性差，充放電時易發生體積膨脹而導致活性粉從集流體表面脫落，而導致電極容量急劇下降，這些缺點大大限制了它的廣泛應用，因此需要尋找導電性好的材料與其復合來提高其導電性，Xiulin Fan通過在Fe₃O₄并在表面進行包覆無定型碳(J.Mater.Chem.A,2014,2,14641–14648)，來提高它的結構穩定性，但是由于材料的導電性較差，這種復合結構的倍率性能還有待提高。Jisheng Zhou(RSC Advances,2011,1,782–791)通過將Fe₃O₄石墨烯簡單復合，來提高材料的導電性，但是由于Fe₃O₄只是簡單附著到石墨烯表面，并未被石墨烯包覆，此種結構在充放電時還是會導致活性粉粉化，材料的穩定性還需要進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯負載石墨碳包覆四氧化三鐵鋰離子電池負極材料的制備方法，以克服上述現有技術存在的缺陷，本發明所制備的Fe₃O₄粒徑較小，而且通過石墨烯負載能有效解決Fe₃O₄導電性差，石墨碳包覆能抑制體積膨脹，同時對石墨烯進行氮摻雜也可以大大提高石墨烯的反應活性位點，使電池結構更加穩定，從而提高電池的循環穩定性能。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯負載石墨碳包覆四氧化三鐵鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通過超聲處理形成氧化石墨烯分散均勻的懸濁液A；

2)將分析純的可溶性鐵鹽、尿素以及表面活性劑加入到去離子水中，攪拌使鐵鹽充分溶解，然后加入到懸濁液A中，之后加入油酸攪拌均勻，配置成微乳液B，其中油酸和水的體積比為(1～4):(4～1)，鐵鹽的濃度為0.05～0.5mol/L，尿素的濃度為0.05～0.5mol/L，表面活性劑的濃度為0.05～0.2g/L，氧化石墨烯的濃度為0.5～2.5mg/mL；

3)將微乳液B進行微波反應，得到產物C；

4)將產物C與尿素或三聚氰胺以質量比1:(1～5)混合研磨，然后進行密閉熱解，即得到石墨烯負載石墨碳包覆Fe₃O₄鋰離子電池負極材料。

進一步地，步驟1)中將市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液。

進一步地，步驟1)中超聲處理的功率為300W，時間為1～3h。

進一步地，步驟2)中可溶性鐵鹽為硝酸鐵或氯化鐵。

進一步地，步驟2)中表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基磺酸鈉。

進一步地，步驟2)中攪拌10min-30min使鐵鹽充分溶解。

進一步地，步驟3)中微波反應具體為：將微乳液B倒入微波水熱反應釜中，然后密封反應釜，將其放入微波水熱反應儀中，反應溫度控制在150-220℃，反應時間控制在10-120min，反應結束后自然冷卻到室溫。

進一步地，微波水熱反應釜的填充度為30％-80％。

進一步地，步驟4)中密閉熱解具體為：將產物C與尿素或三聚氰胺研磨后放入瓷舟中，在管式爐中以3-10℃/min的升溫速率升溫至400-700℃，保溫1-5h，然后隨爐冷卻至室溫。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：