[发明专利]一种用于锂离子电池的纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，更具体的，涉及一种用于锂离子电池的纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于高的输出电压和能量密度、良好的循环稳定性以及环境友好等优点，已经作为各种电子产品的动力来源而占领绝大多数的消费类电子产品市场，近年来，随着电子产品快速的更新换代以及电动车市场的不断发展，要求锂离子电池具有更轻的质量、更小的体积以及更高的功率密度。

膨胀石墨作为一类成本极为低廉的石墨层间化合物（GIC），由于具有丰富的多尺度孔隙结构，较大的比表面积，优良的热电传导性能，良好的化学稳定性等优点，而被认为是一类极具潜力的可大规模应用于锂离子电池负极的载体材料。

当前纳米颗粒/膨胀石墨复合材料的制备大多数涉及溶液过程，而膨胀石墨在经历溶液浸渍-烘干过程之后结构会发生明显的改变，从而影响了其载体特性的发挥，而报告的一些非溶液途径的制备方法，如高能球磨、干混等仅能实现物理结合，难以保证纳米颗粒与膨胀石墨的紧密结合以及均匀分撒。

同时，目前采用天然石墨为原料制备膨胀石墨材料的技术中所使用的原料一般为晶质大鳞片石墨，鳞片石墨虽然集体取向性好，但是在电池材料的应用中需要取向性差，均匀性好的石墨材料，微晶石墨颗粒细小，集合体取向性差，均质性好，微晶石墨可代替鳞片石墨作为制备电性能更好的膨胀石墨的原料，虽然充电比容量稍低，但是充电效率、电池稳定性和循环性能都能大大提高，但是，因为微晶石墨的膨胀效果不好，膨胀微晶石墨与纳米颗粒的复合材料电学性能大打折扣，现有技术使用膨胀微晶石墨制备得到纳米颗粒/膨胀石墨复合材料并没有达到其应有的优异电学性能，如何提高微晶石墨的膨化效果以及膨胀微晶石墨与纳米颗粒材料的复合效果是当前急需研究的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于锂离子电池的纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种用于锂离子电池的纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料。

本发明还有一目的在于提供纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于锂离子电池的纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料的制备方法，是以微晶石墨为原料，进行第一次化学插层处理，然后对插层处理后的产物进行过滤、洗涤和干燥，得一次可膨胀微晶石墨，800℃下在石墨膨胀炉内对所得可膨胀微晶石墨采用高温膨胀法进行膨化得一次膨胀微晶石墨；然后以一次膨胀微晶石墨和二茂铁为原料，一次膨胀微晶石墨与二茂铁按质量比1:2~10的比例混合球磨，然后900℃下在石墨膨胀炉内对球磨混合料采用高温膨胀法进行第二次膨化得纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料。

本发明创造性的使用微晶石墨为原料，先进行化学插层，然后采用一次预膨胀处理，扩大微晶石墨间隙，然后以膨胀之后的膨胀微晶石墨和二茂铁为原料，先进行混合球磨，然后进行二次膨胀处理，在第二次膨胀处理过程中，膨胀微晶石墨再次膨化，增大微晶石墨的膨胀倍数，在膨化的同时，二茂铁升华分解，在膨化空间中气相弥散到膨胀石墨表面，实现纳米氧化铁颗粒在膨胀微晶石墨表面的均匀分散，且与膨胀石墨的结合紧密，分散均匀。

优选地，所述微晶石墨为郴州市鲁塘石墨粉，其碳含量为70~80%。

本发明中纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料的制备方法，包括石墨膨胀炉，采用高温膨胀法，具体包括以下步骤：

S1.取微晶石墨原料，破碎粉磨，至粒度为300~400目的微晶石墨粉；

S2.将步骤S1所得微晶石墨粉与质量分数70%的高氯酸和化学纯的高锰酸钾置于反应装置内进行第一次化学插层处理，得到可膨胀微晶石墨酸性悬浮液，对所得可膨胀微晶石墨酸性悬浮液过滤，保留滤液备用，然后将过滤物进行洗涤、干燥，得一次可膨胀微晶石墨；

S3.将步骤S2所得一次可膨胀微晶石墨置于石墨膨胀炉中，在800℃下进行第一次高温膨胀，得到一次膨胀微晶石墨；

S4.将步骤S3所得一次膨胀微晶石墨与二茂铁按质量比1:2~10的比例混合置于球磨机中球磨混合；

S5.将步骤S4所得球磨后的混合料置于石墨膨胀炉中，在900℃下进行第二次高温膨胀，得到纳米氧化铁颗粒/膨胀微晶石墨复合材料。

步骤S2中所述过滤所用的滤膜最大孔径为30μm；所述洗涤指对过滤渣用10%盐酸洗涤3~5次，再用去离子水洗涤至7左右；所述干燥指在60~80℃条件下干燥2h。