一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，首先将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；其次将分析纯的可溶性铁盐、尿素以及表面活性剂加入到去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后加入油酸搅拌均匀，配置成微乳液B；然后将微乳液B进行微波反应，得到产物C；最后将产物C与尿素或三聚氰胺合研磨，然后进行密闭热解，即得到石墨烯负载石墨碳包覆Fe

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
由于锂离子电池具有能量密度高，使用寿命长，环境友好等优点，最近几年来成为了研究热点，并成功实现了商业化。为了发展下一代能够应用于电动汽车，大规模的能源存储设备的更有效的锂离子电池材料，能够寻找到一种具有优异的电化学性能的负极材料是个关键因素。铁的氧化物(Fe2O3,Fe3O4)具有高容量(～1000mAh/g)，低成本，来源广泛，无毒等优点，与现有的石墨电极(372mAhg-1)相比，具有显著的优势。然而单一的Fe3O4导电性差，充放电时易发生体积膨胀而导致活性粉从集流体表面脱落，而导致电极容量急剧下降，这些缺点大大限制了它的广泛应用，因此需要寻找导电性好的材料与其复合来提高其导电性，XiulinFan通过在Fe3O4并在表面进行包覆无定型碳(J.Mater.Chem.A,2014,2,14641–14648)，来提高它的结构稳定性，但是由于材料的导电性较差，这种复合结构的倍率性能还有待提高。JishengZhou(RSCAdvances,2011,1,782–791)通过将Fe3O4石墨烯简单复合，来提高材料的导电性，但是由于Fe3O4只是简单附着到石墨烯表面，并未被石墨烯包覆，此种结构在充放电时还是会导致活性粉粉化，材料的稳定性还需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术所制备的Fe3O4粒径较小，而且通过石墨烯负载能有效解决Fe3O4导电性差，石墨碳包覆能抑制体积膨胀，同时对石墨烯进行氮掺杂也可以大大提高石墨烯的反应活性位点，使电池结构更加稳定，从而提高电池的循环稳定性能。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；2)将分析纯的可溶性铁盐、尿素以及表面活性剂加入到去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后加入油酸搅拌均匀，配置成微乳液B，其中油酸和水的体积比为(1～4):(4～1)，铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，尿素的浓度为0.05～0.5mol/L，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/L，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；3)将微乳液B进行微波反应，得到产物C；4)将产物C与尿素或三聚氰胺以质量比1:(1～5)混合研磨，然后进行密闭热解，即得到石墨烯负载石墨碳包覆Fe3O4锂离子电池负极材料。进一步地，步骤1)中将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液。进一步地，步骤1)中超声处理的功率为300W，时间为1～3h。进一步地，步骤2)中可溶性铁盐为硝酸铁或氯化铁。进一步地，步骤2)中表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基磺酸钠。进一步地，步骤2)中搅拌10min-30min使铁盐充分溶解。进一步地，步骤3)中微波反应具体为：将微乳液B倒入微波水热反应釜中，然后密封反应釜，将其放入微波水热反应仪中，反应温度控制在150-220℃，反应时间控制在10-120min，反应结束后自然冷却到室温。进一步地，微波水热反应釜的填充度为30％-80％。进一步地，步骤4)中密闭热解具体为：将产物C与尿素或三聚氰胺研磨后放入瓷舟中，在管式炉中以3-10℃/min的升温速率升温至400-700℃，保温1-5h，然后随炉冷却至室温。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术以提高产物的导电性，缓解体积膨胀为目的，进而制备了石墨烯负载石墨碳包覆的Fe3O4材料，石墨烯可以提高导电性，碳包覆可以稳定结构，这两方面大大提升了Fe3O4的的电化学性能，这种氮掺杂的石墨烯负载石墨碳包覆Fe3O4纳米结构，大大缓解了体积膨胀，提高了产物的导电性，产物的循环和倍率性能得到了大幅度的提升，本专利技术所采用的方法简单，成本低廉，易于实现，采用了微乳液法和微波水热法的巧妙组合。进一步地，通过控制反应条件，本专利技术制备的材料在200mA/g的电流下，首次放电达到了900-1350mAh/g,在5000mA/g的电流密度下，依然保持在600-800mAh/g。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的产物的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的产物的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的产物的TEM图，放大倍数为2万倍；图4为本专利技术实施例1制备的产物的TEM图，放大倍数为30万倍；图5为本专利技术实施例1制备的产物的TEM图，放大倍数为50万倍；图6为本专利技术实施例1制备的产物的电化学性能图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细描述：一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液，通过超声发生器以300W的功率超声1～3h,形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；2)将分析纯的可溶性铁盐(硝酸铁，氯化铁)，尿素，表面活性剂(聚乙烯吡咯烷酮PVP-K30或十二烷基磺酸钠SDS)加入到去离子水中，搅拌10min-30min，将铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后分别加入一定量的油酸快速搅拌均匀，配置成均一的微乳液B，其中油酸和水的体积比例为1:4～4:1，铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L,尿素的浓度为0.05～0.5mol/L，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/L,氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；3)将上述制备的微乳液B，倒入微波水热反应釜中，填充度为30％-80％，然后密封反应釜，将其放入微波水热反应仪中，反应温度控制在150-220℃，反应时间控制在10-120min，反应结束后自然冷却到室温，将所得的产物记为C；4)将产物C与尿素(或三聚氰胺)以质量比1:1～1:5混合研磨，放入瓷舟中，在管式炉中密闭热解，热解温度为400-700℃，热解时间为1-5h,升温速率为3-10℃/min，最终得到氮掺杂的石墨烯负载石墨碳包覆Fe3O4纳米结构锂离子电池负极材料。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：实施例11)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1mg/mL的溶液，通过超声发生器以300W的功率超声2h,形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；2)将分析纯的可溶性铁盐硝酸铁，尿素，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮PVP-K30加入到去离子水中，搅拌30min，将铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后分别加入一定量的油酸快速搅拌均匀，配置成均一的微乳液B，其中油酸和水的比例为1:4，铁盐的浓度为0.1mol/L,尿素的浓度为0.05mol/L，表面活性剂的浓度为0.05g/L,氧化石墨烯的浓度为0.5mg/mL；3)将上述制备的微乳液B，倒入微波水热反应釜中，填充度为80％，然后密封反应釜，将其放入微波水热反应仪中，反应温度控制在220℃，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温，将所得的产物记为C；4)将产物C与尿素以质量比1:1混合研磨，放入瓷舟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；2)将分析纯的可溶性铁盐、尿素以及表面活性剂加入到去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后加入油酸搅拌均匀，配置成微乳液B，其中油酸和水的体积比为(1～4):(4～1)，铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，尿素的浓度为0.05～0.5mol/L，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/L，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；3)将微乳液B进行微波反应，得到产物C；4)将产物C与尿素或三聚氰胺以质量比1:(1～5)混合研磨，然后进行密闭热解，即得到石墨烯负载石墨碳包覆Fe

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；2)将分析纯的可溶性铁盐、尿素以及表面活性剂加入到去离子水中，搅拌使铁盐充分溶解，然后加入到悬浊液A中，之后加入油酸搅拌均匀，配置成微乳液B，其中油酸和水的体积比为(1～4):(4～1)，铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，尿素的浓度为0.05～0.5mol/L，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/L，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；3)将微乳液B进行微波反应，得到产物C；4)将产物C与尿素或三聚氰胺以质量比1:(1～5)混合研磨，然后进行密闭热解，即得到石墨烯负载石墨碳包覆Fe3O4锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中将市售的氧化石墨烯溶解在乙醇中配置成1～5mg/mL的溶液。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三铁锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中超声处理的功率为300W，时间为1～3h。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯负载石墨碳包覆四氧化三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，齐慧，李嘉胤，黄剑锋，陈文卓，马萌，李春光，杜欣怡，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61