[发明专利]一种可用于锂离子电池负极的Fe3

说明书

本发明属于材料制备技术领域，一种可用于锂离子电池负极的Fe₃O₄/氮掺杂石墨烯材料的制备方法。以二维氧化石墨烯为原料，通过盐酸多巴胺在碱性条件下原位聚合复合氧化石墨烯，获得富含电负性基团的石墨烯复合物基底。随后将石墨烯基复合物分散到去离子水中，加入铁盐前躯体，滴加碱液调节pH,通过控制碱液滴加速率和后续高温处理的工艺条件，实现Fe₃O₄纳米颗粒在氮掺杂石墨烯表面均匀的负载。本发明所用原材料丰富，制备方法可控性强。通过该制备方法较好的控制Fe₃O₄纳米颗粒的生长；所获得Fe₃O₄纳米颗粒在石墨烯表面均匀分散；以所制备的Fe₃O₄/氮掺杂石墨烯材料作为锂电负极材料，具有较优异的锂电性能。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种可用于锂离子电池负极的Fe₃O₄/ 氮掺杂石墨烯材料及其制备方法。

背景技术

负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能。目前，锂离子电池负极应用较为成熟的为碳基材料，但碳基材料因理论容量低，倍率性能差难以满足高性能锂离子电池的要求。因此具有很高的理论比容量的Fe₃O₄等无机材料得到了研究者的广泛关注，但是 Fe₃O₄材料导电性较差，同时在充放电期间体积效应明显，易致使活性物质的脱落，进而损伤电极。因此可以将Fe₃O₄材料与碳基材料复合达到改善锂电性能的目的。石墨烯具有超强的导电性和独特结构，应用于锂电池可促进快速传质，缩短锂离子扩散路径，可提高锂离子电池的电化学性能。沈阳金属所李峰研究员等人(Li F,et al.,Chemsitry of Materials,2010，22：5306)以石墨烯为载体成功的制备了石墨烯复合Fe₃O₄材料，石墨烯的引入显著提升了其循环周期和首次库伦效率。通常，石墨烯基铁基氧化物复合材料通过石墨烯和铁基前驱体混合后水热并高温处理后制得，但这种方法可控性较差，形成的颗粒一般尺寸均一性较差，而且颗粒与石墨烯载体相互作用不强，容易在充放电过程中脱落，因而对于锂电性能的提高有限。

发明内容

本发明在于提供了一种可用于锂离子电池负极的Fe₃O₄/氮掺杂石墨烯材料的制备方法，提高了制备操作的可控性，使得纳米颗粒在石墨烯表面分散均匀, 获得了优异的锂电性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。以二维氧化石墨烯石墨烯为基底，在碱性环境下，通过多巴胺与在其表面聚合形成富含电负性基团的石墨烯复合物基底，该材料易于与带正电的金属离子结合。随后将石墨烯基复合物分散到一定量的去离子水中，加入一定量铁盐前躯体，以一定的速率滴加碱液调节溶液 pH,通过控制碱液的滴加速度和高温处理工艺条件，获得Fe₃O₄纳米颗粒均匀分散的Fe₃O₄/氮掺杂石墨烯复合材料。

本发明的技术方案：

一种可用于锂离子电池负极的Fe₃O₄/氮掺杂石墨烯材料的制备方法，步骤如下：

(a)配置0.5～2mg/mL氧化石墨烯溶液，添加盐酸多巴胺，氧化石墨烯与盐酸多巴胺的质量比为1:0.5～1:5；随后加入的三羟甲基氨基甲烷(Tris)调节溶液 pH＝8.5，室温下反应12～24小时，抽滤，用去离子水洗成中性，80℃下干燥12h，得到聚多巴胺/石墨烯；