[发明专利]一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高，使用寿命长，环境友好等优点，最近几年来成为了研究热点，并成功实现了商业化。为了发展下一代能够应用于电动汽车，大规模的能源存储设备的更有效的锂离子电池材料，能够寻找到一种具有优异的电化学性能的负极材料是个关键因素。铁的氧化物(Fe₂O₃,Fe₃O₄)具有高容量(～1000mAh/g)，低成本，来源广泛，无毒等优点，与现有的石墨电极(372mAhg^-1)相比，具有显著的优势。然而单一的Fe₃O₄导电性差，充放电时易发生体积膨胀而导致活性粉从集流体表面脱落，而导致电极容量急剧下降，这些缺点大大限制了它的广泛应用，因此需要寻找导电性好的材料与其复合来提高其导电性，Xiulin Fan通过在Fe₃O₄并在表面进行包覆无定型碳(J.Mater.Chem.A,2014,2,14641–14648)，来提高它的结构稳定性，但是由于材料的导电性较差，这种复合结构的倍率性能还有待提高。Jisheng Zhou(RSC Advances,2011,1,782–791)通过将Fe₃O₄石墨烯简单复合，来提高材料的导电性，但是由于Fe₃O₄只是简单附着到石墨烯表面，并未被石墨烯包覆，此种结构在充放电时还是会导致活性粉粉化，材料的稳定性还需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明所制备的Fe₃O₄粒径较小，而且通过石墨烯负载能有效解决Fe₃O₄导电性差，石墨碳包覆能抑制体积膨胀，同时对石墨烯进行氮掺杂也可以大大提高石墨烯的反应活性位点，使电池结构更加稳定，从而提高电池的循环稳定性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；

2)将分析纯的可溶性铁盐、尿素以及表面活性剂加入到去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后加入油酸搅拌均匀，配置成微乳液B，其中油酸和水的体积比为(1～4):(4～1)，铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，尿素的浓度为0.05～0.5mol/L，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/L，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；

3)将微乳液B进行微波反应，得到产物C；

4)将产物C与尿素或三聚氰胺以质量比1:(1～5)混合研磨，然后进行密闭热解，即得到石墨烯负载石墨碳包覆Fe₃O₄锂离子电池负极材料。

进一步地，步骤1)中将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液。

进一步地，步骤1)中超声处理的功率为300W，时间为1～3h。

进一步地，步骤2)中可溶性铁盐为硝酸铁或氯化铁。

进一步地，步骤2)中表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基磺酸钠。

进一步地，步骤2)中搅拌10min-30min使铁盐充分溶解。

进一步地，步骤3)中微波反应具体为：将微乳液B倒入微波水热反应釜中，然后密封反应釜，将其放入微波水热反应仪中，反应温度控制在150-220℃，反应时间控制在10-120min，反应结束后自然冷却到室温。

进一步地，微波水热反应釜的填充度为30％-80％。

进一步地，步骤4)中密闭热解具体为：将产物C与尿素或三聚氰胺研磨后放入瓷舟中，在管式炉中以3-10℃/min的升温速率升温至400-700℃，保温1-5h，然后随炉冷却至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：