[发明专利]一种氮掺杂石墨烯-多孔CoFe2

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种氮掺杂石墨烯‑多孔CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料，经过高温石墨化处理，再以氨水为氮源，经过水热，得到氮掺杂高比表面积石墨烯，降低电荷转移电阻和传输阻抗，有利于Li离子的快速传输和电解液的浸润，以硝酸钴、硝酸铁的醇溶液对胶晶模板填充，经过热处理，得到多孔纳米CoFe₂O₄，与氮掺杂高比表面积石墨烯混合后经过水热和冷冻干燥，得到氮掺杂石墨烯‑多孔CoFe₂O₄复合材料，构成三维网状多孔结构，增强复合材料的导电性，减小复合材料的阻抗，增加离子和电子的传导率，使得氮掺杂石墨烯‑多孔CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料具有优异的导电性、倍率性能、循环性能以及较高的比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种氮掺杂石墨烯-多孔 CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料及其制法。

背景技术

锂离子电池具有较高的比能量、较高的工作电压、较好的循环稳定性、安全无污染等优点，而商业锂离子电池一般采用石墨作为负极材料，但是石墨的理论比容量较低，无法满足人们对于大容量的需求，因此，开发出新的锂离子电池负极材料成为了当前的重点研究课题。

CoFe₂O₄是一种三元金属化合物，具有较高的理论比容量，而且在充放电过程中，会生成金属Co，与Li进一步发生合金化反应，增大锂离子电池负极材料的Li嵌入量，但是纯CoFe₂O₄是过渡金属氧化物，导电性较差，且在Li 的嵌入和脱出过程中体积变化巨大，导致负极材料粉化脱离集流体，使得倍率性能和循环性能变差，而石墨烯具有优异的导电性、较大的比表面积、柔性的结构等优点，因此，我们采用氮掺杂石墨烯-多孔CoFe₂O₄的方式来解决上述问题。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮掺杂石墨烯-多孔CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料及其制法，解决了CoFe₂O₄导电性不好、倍率性能和循环性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮掺杂石墨烯-多孔 CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料，所述氮掺杂石墨烯-多孔CoFe₂O₄的锂离子电池负极材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入四氢呋喃、氧化石墨烯，在90-130℃下进行雾化干燥处理，将产物置于管式炉，在氩气氛围中，在1200-1400℃保温5-15min，然后升温至2800-3200℃进行石墨化处理，得到高比表面积石墨烯；

(2)向反应瓶中加入氨水、高比表面积石墨烯，超声20-40min分散均匀，将得到的溶液置于反应釜内，进行水热处理过程，离心，用去离子水洗涤，干燥，得到氮掺杂高比表面积石墨烯；

(3)向反应瓶中加入去离子水、苯乙烯，在氩气氛围中70-80℃搅拌回流1-3h，加入碳酸氢钠、引发剂过硫酸钾，其中苯乙烯、碳酸氢钠、过硫酸钾的质量比为100:0.6-0.7:0.75-0.85，继续搅拌24-36h，将乳液超声分散均匀，自然沉积，室温干燥，得到聚苯乙烯胶晶模板；

(4)向反应瓶中加入甲醇、乙二醇、硝酸钴、硝酸铁，二者的质量比为 58-62:100，超声分散均匀，加入聚苯乙烯胶晶模板，在混合溶液中浸泡2-5min，取出并干燥，将干燥的聚苯乙烯微球置于马弗炉中，进行热处理过程，冷却至室温，得到多孔纳米CoFe₂O₄；