[发明专利]一种锂离子电池负极材料用摇铃状Fe3

说明书

本发明属于锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料用摇铃状Fe₃O₄/C/MoS₂杂化微粒。该杂化微粒以亚微米尺寸的立方状α‑Fe₂O₃为模板，先后通过多巴胺在模板微粒表面的聚合、盐酸的可控刻蚀、二水合钼酸钠存在下的水热处理以及高温碳化过程，制备了摇铃状Fe₃O₄/C/MoS₂杂化微粒。该微粒用作锂离子电池的负极材料时，具有可逆容量大、倍率性能优异以及循环稳定性出色等特点，是锂离子电池负极材料方面的创新。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料用摇铃状Fe₃O₄/C/MoS₂杂化微粒。

背景技术

随着人类对化石能源的消耗越来越大，其一方面导致了严重的能源危机，同时也造成了巨大的环境污染。为了解决这一状况，提高诸如风能、太阳能、水能等清洁能源的利用率就变的十分重要。然而，由于这些能源受到季节、地域、气候和环境的影响较大，造成其供给波动较大，限制了其推广和利用的程度。如果能够将这些清洁能源在其供应过剩的阶段将其存储于可充电电池中而在其供应不足的时候释放出来，则可有效解决上述问题。同时，电动汽车、便携式电子设备等的快速发展也对可充电电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池由于具有循环寿命长、能量密度高、记忆效应小、环境影响低等优点，已经被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等多个领域。尽管在商业化的锂离子电池的负极材料中，石墨已经被广泛使用，但是其较低的理论比容量（372mAhg^-1）已无法满足开发新型高能量密度锂离子电池的要求。为了满足对锂离子电池在能量密度和循环寿命上的更加苛刻的要求，发展高性能的电极材料就成为在锂离子电池领域技术创新中的重要一环。

MoS₂是一种典型的具有类石墨二维层状结构的过渡金属硫化物，因其具有较高的理论比容量（669 mAhg^-1）而引起了人们的极大关注。然而，在实际应用中，MoS₂的低导电性和循环中的体积变化等问题降低材料的倍率性能和循环稳定性，严重阻挠了MoS₂在锂离子电池负极材料中商业化使用的进程。

过渡金属氧化物具有很高的理论比容量，其在电极材料方面的应用研究中引起了人们越来越多的关注。其中Fe₃O₄由于理论比容量高达930 mA h g^-1，并且铁元素在自然界中储量丰富、环境友好、成本低廉，使其在锂离子电池负极材料中具有潜在的应用前景。然而，由于其储锂机理是由化学转化生成Fe单质和LiO₂，反应前后巨大的体积膨胀和收缩（200%）现象会导致材料结构的破坏，降低其实际的倍率性能和循环稳定性。

中空碳微球具有较大的内部空腔体积，高的结构稳定性和良好的导电性，因而其在电池电极材料领域受到了广泛关注。然而单纯的中空碳微球由于其石墨化程度低，其比容量通常较低，无法满足对高能量密度电池的设计要求。如果能够将其和MoS₂以及Fe₃O₄等材料有效结合起来，对于解决锂离子电池容量低，MoS₂和Fe₃O₄导电性差，以及复合电极材料循环稳定性弱等问题具有重要的理论和现实意义。