本发明专利技术提供了一种镍铁电池负极材料的制备方法，将铁、铁的氧化物或它们的混合物活性颗粒分散于一定的极性溶剂中，加入氨基硅烷偶联剂进行回流。收集固体沉积物，并重新分散于一定浓度的氧化石墨烯水溶液，通过静电自组装形成氧化石墨烯包覆体。该包覆体经一定程度的还原处理便得到适用于镍铁电池负极的高性能活性电极材料。本发明专利技术所制备的镍铁电池负极材料具有自放电小、充电效率高、大倍率放电性能优越的特点，克服了传统铁电极材料使用中的瓶颈问题，适合规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型电极材料领域，特别涉及。
技术介绍
早在一百多年前，爱迪生就成功研制出了镍铁蓄电池。尽管铁负极具有高的理 论比容量和优异的耐过充放电性能，但在充电过程中伴随着较严重的析氢竞争反应，导致 充电效率低下。同时，电极活性材料暴露在电解液中，自放电严重，放电产物形成致密的钝 化膜，使铁电极难以满足大功率放电需求。为了改善铁负极的功率性能，科学家们采用导 电性优异的石墨烯与铁活性材料复合，大大提升了铁电极的快速充放电能力。文献（Nat. Commun.，2012，3，917)首次报道了 FeOx/石墨稀复合铁电极材料，利用原位生长法将铁 活性粒子生长到石墨烯表面，使铁电极的快速充放电速率比商业电极提高两个数量级。文 献（RSC Adv, 2014，4，15394)采用球磨法制备了 FeOx/石墨稀复合铁电极材料，其放电 容量和倍率性能均比商业电极有所提升。然而，上述方法均无法解决铁电极自放电严重的 问题，活性材料由于直接与电解液接触，导致活性物质与水直接发生析氢反应而漏电，该容 量不可恢复。 本专利技术针对当前铁活性物质与石墨烯复合所得电极材料存在的缺陷，采用新的方 法设计和制备高性能铁负极材料。该专利技术所制备的铁负极材料不仅能实现快速充放电，同 时，在结构上避免了活性物质与电解液的直接接触，从而最大限度地抑制电极的自放电。
技术实现思路
本专利技术旨在提供。通过对铁电极活性物质进行 胺化处理使其表面修饰一层正电荷，再与带负电的氧化石墨烯进行静电自组装，使石墨烯 碳将铁活性颗粒包裹起来，形成具有铁活性物质为核、石墨烯碳为壳的核壳包封结构。还原 处理能进一步提升薄层碳膜的导电能力。 为实现本专利技术的技术方案，主要应包含以下步骤： 1.以铁或铁的氧化物，或铁和铁的氧化物的混合物为原料，将原料的活性颗粒超 声分散于极性溶剂中，活性颗粒与极性溶剂的质量比为1:1~ 1:1 〇〇，再加入占总质量 0. lWt°/c^l〇wt%的氨基硅烷偶联剂，搅拌回流0. 5~24h。静置，分离沉积物，洗涤干燥后得到 表面胺化的负极活性材料中间体A。 2.将1中所得中间体A分散到0. l~10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，中间体A与 氧化石墨烯的质量比为1:1~1:1〇〇，搅拌〇.511~1211。静置，收集沉积物8。通过还原处理， 得到石墨稀包覆的镍铁电池活性负极材料C。 优选地，所述的极性溶剂为水、甲酰胺、乙腈、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚、甲苯以 及它们的混合溶剂。 优选地，所述的氨基硅烷偶联剂包括F -氨丙基三乙氧基硅烷、F -氨基丙基三 甲氧基硅烷、N-0 -氣乙基氣丙基二乙氧基硅烷、N-0 -氣乙基--氣丙基二甲氧 基硅烷中的一种。 优选地，所述的还原处理手段包括惰性气氛或还原性气氛保护下的热处理，或还 原性试剂的化学处理。 石墨烯碳壳有利于保护内部活性铁核不被外部的电解液所侵蚀而自放电，同时为 活性物质快速充放电提供有效的导电网络通道。由于石墨烯的包封作用，在充放电过程中 铁活性颗粒间不会发生聚集成块的现象，优化了活性物质的有效利用率。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：用石墨烯包覆铁活性粒子，这种结构既可 以减少活性物质的溶解，又可以降低与电解液的自放电反应，同时还可以阻止活性颗粒间 的团聚以及致密钝化膜的生成，使铁电极在高倍率放电条件下能维持高的电极容量。【附图说明】 图1为本专利技术原理示意图（图中D为氨基硅烷偶联剂）。【具体实施方式】 以下实施例旨在进一步说明本专利技术，采用的相关条件并不限制本专利技术。 实施例1 将0. 15 g铁粉溶于IOmL甲酰胺中，超声45 min。加入ImL的3-氨丙基三乙氧基硅 烷，搅拌回流20 h。反应结束后，离心、经过洗涤干燥，得到表面胺化的负极材料中间体A。 将干燥好的表面胺化的负极材料中间体和45mL密度为0.1 mg ^mL 1的氧化石墨烯溶液混合 搅拌2h。静置，倒掉上层液体后，加入ImL质量分数为85 %的水合肼，反应30min。将所 得溶液离心分离，取下层固体干燥得到镍铁电池活性的负极材料C，过程如图1所示。 实施例2 将1.35 g铁和铁的氧化物组成的混合物溶于17mL乙腈中，超声15min。加入0. 5mL的 3-氨基丙基三甲氧基硅烷，搅拌回流15h。反应结束后，离心、经过洗涤干燥，得到表面胺化 的负极材料中间体A。将干燥好的表面胺化的负极材料中间体和25mL密度为Img ? mL 1的 氧化石墨烯溶液混合搅拌5h。静置，倒掉上层液体后，加入0. 05g的NaHSO3，反应lh。将所 得溶液离心分离，取下层固体干燥得到镍铁电池活性的负极材料C。 实施例3 将3. IgFe3O4粉末溶于5mL甲醇中，超声30min。加入0. 3mL的N-2-氨乙基-3-氨丙 基三乙氧基硅烷，搅拌回流8h。反应结束后，离心、经过洗涤干燥，得到表面胺化的负极材料 中间体A。将干燥好的表面胺化的负极材料中间体和30mL密度为5mg ? mL 1的氧化石墨稀 溶液混合搅拌l〇h。静置，倒掉上层液体后，加入0.5mL的质量分数为85 %的水合肼，反应 lh。将所得溶液离心分离，取下层固体干燥得到镍铁电池活性的负极材料C。 实施例4 将0. 3 gFe2<VFPI Fe的混合物溶于35mL甲苯中，超声lh。加入0. 5mL的N-2-氨乙 基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌回流0. 5h。反应结束后，离心、经过洗涤干燥，得到表面 胺化的负极材料中间体A。将干燥好的表面胺化的负极材料中间体和3mL密度为8mg mL 1 的氧化石墨烯溶液混合搅拌〇. 5h。静置，倒掉上层液体后，干燥，经过惰性气氛热处理5h， 得到镍铁电池活性的负极材料c。 实施例5 将3. I gFe304和Fe的混合物溶于50mL甲醇和乙醇的混合溶剂中，超声Ih。加入0. 2mL 的N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌回流3h。反应结束后，离心、经过洗涤干燥， 得到表面胺化的负极材料中间体A。将干燥好的表面胺化的负极材料中间体和0. 3mL密度 为10 mg ^mL1的氧化石墨烯溶液混合搅拌12h。静置，倒掉上层液体后，干燥，经过惰性气 氛热处理5h，得到镍铁电池活性的负极材料C。 表1为各实施例提供的铁电极材料在IC倍率充电，不同倍率放电条件下第10次 和第100次的放电容量(mAh/g)对比。 表1铁电极材料在IC倍率充电，不同倍率放电时 第10次和第100次的放电容量(mAh/g)对比。【主权项】1. ，包括以下步骤： (1) 以铁或铁的氧化物，或铁和铁的氧化物的混合物为原料，将原料的活性颗粒超 声分散于极性溶剂中，活性颗粒与极性溶剂的质量比为1:1~ 1:1OO，再加入占总质量 0. lWt°/c^l〇wt%的氨基硅烷偶联剂，搅拌回流0. 5~24h，静置，分离沉积物，洗涤干燥后得到 表面胺化的负极活性材料中间体A ; (2) 将（1)中所得中间体A分散到0. l~10g/L的氧化石墨烯水溶液中，中间体A与氧 化石墨稀的质量比为1:1~1:1〇〇，搅拌〇.511~1211，静置，收集沉积物13;通过还原处理，得到 石墨稀包覆的镍铁电池活性负极材料。2. 如权利要求1中所述的，其特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种镍铁电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）以铁或铁的氧化物，或铁和铁的氧化物的混合物为原料，将原料的活性颗粒超声分散于极性溶剂中，活性颗粒与极性溶剂的质量比为1:1~1:100，再加入占总质量0.1wt%~10wt%的氨基硅烷偶联剂，搅拌回流0.5~24h，静置，分离沉积物，洗涤干燥后得到表面胺化的负极活性材料中间体A；（2） 将（1）中所得中间体A分散到0.1~10g/L的氧化石墨烯水溶液中，中间体A与氧化石墨烯的质量比为1:1~1:100，搅拌0.5h~12h，静置，收集沉积物B；通过还原处理，得到石墨烯包覆的镍铁电池活性负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪涛，洪诗雨，徐梦莹，刘开宇，桑商斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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