[发明专利]石墨碳/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨碳/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用。该复合材料是以四氧化三铁颗粒为核、石墨碳为壳的核壳结构球形颗粒，在所述核壳结构球形颗粒中。其制备方法包括如下步骤：步骤一，将葡萄糖酸亚铁和Pluronic F127加入去离子水中混合得到溶液I；步骤二，向所述溶液I中加入聚醚酰亚胺混合均匀得到溶液II，然后将所述溶液II干燥得到固体粉末；步骤三，在惰性气氛下，对所述固体粉末进行退火处理，得到所述石墨碳/四氧化三铁复合材料。本发明制备过程简便，操作容易，制备周期短，实验设备要求低，适合大批量生产，制得的石墨碳/四氧化三铁复合材料具有优良的电化学性能，可用于锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极材料的制备方法，尤其涉及一种石墨碳/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用，属于新能源材料技术领域。

背景技术

锂离子电池因其具有良好的循环性能、较高的容量及无记忆效应等诸多优点已得到了广泛的应用。随着电动汽车的迅猛发展及其对高功率动力电池需求的不断攀升，新一代高容量、低成本的动力锂离子电池的研究开发显得尤为迫切。石墨作为现今商业化的锂离子电池负极材料，其较低的理论容量(～370mAh/g)已无法满足动力电池日益增长的需求。近年来，研究者开发出了一系列基于转换反应的高容量负极材料，其中四氧化三铁理论容量可达926mAh/g，是一种潜在的高性能储锂候选材料。然而四氧化三铁在充放电过程中所存在的电极材料粉化等问题，使其在循环稳定性和倍率性能方面还远不能满足实际应用的需要。

为了解决四氧化三铁电极材料粉化、碎裂、团聚等问题，周政等(Yuting Luo,Xianlong Zhou,Yiren Zhong,Mei Yang,Jinping Wei,Zhen Zhou.Preparation of core–shell porous magnetite@carbon nanospheres through chemical vapor depositionas anode materials for lithium-ion batteries,Electrochimica Acta,2015,154,136-141.)合成了碳包覆四氧化三铁的纳米颗粒，在0.1A/g的电流密度下，循环60次后容量可以达到1100mAh/g。Junmin Xue等人(Yu Chen,Bohang Song,Xiaosheng Tang,Li Lu andJunmin Xue.One-step synthesis of hollow porous Fe₃O₄beads–reduced grapheneoxide composites with superior battery performance,J.Mater.Chem.,2012,22,17656)采用水热法合成了Fe₃O₄/石墨烯纳米复合材料，在电流密度为100A/g时循环至第170次，可逆比容量仍保持在1039mAh/g，当电流密度增至1000mA/g时，可逆比容量为410mAh/g，高于传统石墨碳负极材料的372mAh/g。以上材料虽然解决了循环性能和倍率性能的问题，但合成过程比较复杂，成本较高，不能满足工业大批量生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种石墨碳/四氧化三铁复合材料。该复合材料以四氧化三铁颗粒为核，石墨碳为壳，具有尺寸可控、形貌规整、电化学性能良好的特点，可用于锂离子电池材料。

本发明的目的之二在于提供一种上述石墨碳/四氧化三铁复合材料的制备方法。该方法制备过程简便，操作容易，制备周期短，实验设备要求低，适合大批量生产。

本发明的目的之三在于提供上述石墨碳/四氧化三铁复合材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：