[发明专利]合成四氧化三铁负载碳纳米管增强石墨烯复合材料的方法及应用

说明书

技术领域

本发明是关于锂离子的电池负极材料的，特别涉及一种合成四氧化三铁负载碳纳米管增强石墨烯复合材料的方法及应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、循环寿命长、使用安全和环境友好等特点，在新型储能领域中有着十分广泛的应用。锂离子电池负极材料中常用的是传统的碳材料，碳材料具有较大的比表面积，有利于锂离子的嵌入和脱出，同时具有较好的导电性，有利于锂离子和电子的快速传导。但由于碳材料储锂容量来源于离子吸附，所以碳材料的理论容量较低(372mAh/g)。为了进一步提高锂电池的容量，在碳材料的基础上引入了过渡金属氧化物。过渡金属氧化物储锂容量来源于在金属氧化物和锂离子之间发生的可逆氧化还原反应，所以金属氧化物的理论储锂容量较高(>600mAh/g)。在碳材料的研究中，石墨烯由于具有较大的比表面积、较高的电导率、优异的力学性能、良好的循环性能，是人们研究的热点之一。在过渡金属氧化物中，四氧化三铁(Fe₃O₄)由于具有较高的可逆容量(926mAh/g)，在自然界中来源丰富，在锂离子电池负极材料中有十分广泛的应用。将石墨烯和四氧化三铁进行复合，可以得到具有较高可逆容量、良好电导率和循环性能的材料。参见ChunnianHe,ShanWu,etal.Carbon-EncapsulatedFe₃O₄NanoparticlesasaHigh-RateLithiumIonBatteryAnodeMaterial[J].ACSNano,2013,7(5):4459-4469。但是在石墨烯和四氧化三铁的复合材料中，石墨烯通常是由石墨通过氧化之后再进行还原得到的，这样的得到的氧化还原石墨烯并不是单层的，而且会有很严重的团聚和堆垛，导电性和整体完整性都有待提高，因此以氧化还原石墨烯和四氧化三铁的复合材料为负极的锂电池容量还有待进一步提高，参见YanhongChang,JingLi,etal.AFacileSyntheticApproachtoReducedGrapheneOxide-Fe₃O₄CompositeasHighPerformanceAnodeforLithium-ionBatteries.[J]MaterialScienceandTechnology.2014,30(8),759-764。因此，原位合成导电性高和完整性好的高质量的单层石墨烯，并制备单层石墨烯与四氧化三铁复合材料，作为锂电负极材料极具意义。