[发明专利]一种氮化的四氧化三铁/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了氮化的Fe₃O₄/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用二茂铁为原料，在500‑600℃热裂解4‑6h，得到Fe₂O₃，将Fe₂O₃与氧化石墨烯按照质量比为5‑10：1混合，研磨后得到Fe₂O₃与氧化石墨烯的混合物；将所得的混合物在NH₃流量为80‑100mL/min条件下，在NH₃氛围内、500‑600℃下进行自氧化还原反应和氮化处理，反应4‑8h后，在NH₃氛围内随炉降温，得到氮化的Fe₃O₄/石墨烯复合材料。所得Fe₃O_4‑XNx/Ny‑石墨烯复合材料具有较高的比表面积可达150m²/g，该复合材料具有良好的充放电性能，在0.1Ag^‑1放电容量为1500mAhg^‑1，材料具有较高的稳定性，经过250次循环后，在0.5Ag^‑1下仍能保持放电容量为850mAhg^‑1。

技术领域

本发明属于光电领域，涉及一种电极材料，具体来说Fe₃O₄-xNx/N-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

目前为止碳材料是应用最广的锂离子电池负极材料，但其最大的不足就是理论比容量仅为372mAh·g^-1，不能满足现代社会对便携高能量移动电源的要求。因此，探寻新的性能优异的替代材料成为重点。过渡金属Fe、Co、Ni、Cu等的氧化物由于其较高的比容量(一般在700mAh·g^-1以上)，成为一类受到关注的锂离子电池负极材料。在过渡金属氧化物基锂离子负极材料中，Fe₃O₄是比较具有应用潜力的负极材料之一，其理论容量为926mAh·g^-1，加之价格低廉，资源丰富，以及对环境友好等特点使其获得了极大的关注。但四氧化三铁作为电极材料时，其电子导电性差，且在充放电过程中会产生较大的体积变化，导致了颗粒和整个电极的结构破坏，因而循环寿命较差。再次，Fe₃O₄磁性粒子易团聚，使反应活性位点减少，所以需要改进Fe₃O₄的性能。

在过去的几年中，为解决这些问题作出了巨大的努力，通过改变表面形貌、减少颗粒尺寸、构建多孔结构以及结合碳基和石墨烯基材料等导电剂来合成各种纳米结构是常见的方法。最近，含有金属氧化物的三维石墨烯网络结构由于其独特的性能而引起了广泛的关注。申请号CN 106935830A公开了一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法和应用。该申请公开的Li[Ni_1-x-yCoxMny]O₂/三维石墨烯正极材料拥有更大的容量，制备该正极材料的方法操作简单，但是在该技术方法中制备出的锂离子电池电化学性能并没有明显提高，存在一定局限性。申请号CN107293710A公开了一种过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备方法。该方法制备出的锂离子电池的循环稳定性好，但电池容量稍显不足。最高的是三氧化二铁/石墨烯复合材料，电池容量在1252.7mAhg^-1，然而氧化铁复合材料在高电流密度和合成复杂条件下，循环稳定性较差。

发明内容

针对四氧化三铁作为电极负极材料存在的首次库仑效率低、循环衰减快及倍率性能差的缺点，本发明的目的是提供改善四氧化三铁作为电极负极材料的充放电性能。