[发明专利]单层石墨烯包覆FeS2

说明书

本发明涉及一种单层石墨烯包覆FeS₂/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备Na₂S₂溶液；将氧化石墨烯分散于水中获得氧化石墨烯悬浊液，将碳纳米管分散于水中获得碳纳米管悬浊液；将亚硫酸铁溶于水中，并加入抗坏血酸，然后加入分散均匀的氧化石墨烯悬浊液和碳纳米管悬浊液，最后加入Na₂S₂溶液获得反应混合液；将上述反应混合液在氮气氛围下回流反应，反应产物经过冷却、固液分离、洗涤、干燥得到所述的单层石墨烯包覆FeS₂/碳纳米管复合材料。与现有技术相比，利用本发明制备得到的锂离子电池负极材料具有高比容量、循环稳定性优越、低成本等优点。

技术领域

本发明属于材料科学和电化学技术领域，尤其是涉及一种单层石墨烯包覆 FeS₂/碳纳米管复合材料的制备方法及应用。

背景技术

作为一种高效的新型清洁能源，锂离子电池因具有众多的优点而倍受关注并得到快速的发展。与传统二次电池相比，锂离子电池具有比能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优点。在实际应用中，锂离子二次电池已成功实现商业化，成为电脑、移动电话、新能源汽车等的主要能源。

过渡金属二硫化物(TMDs)由于其晶体结构独特、机械性能优良等物理化学性质，在能源储存与转换和电子设备等领域引起了很大的关注。就技术层面而言， TMDs具备大电流充放电能力优异、循环寿命长、工作温度范围广等优势，是一种丰富廉价的环境友好型自然资源。因此，关于TMDs材料(尤其是自然矿物)的研究已经成为目前先进能源领域最热门的话题之一。

黄铁矿(FeS₂)是由地质丰富的元素(硫和铁)组成的半导体，由于其理论容量高(890mAh g^-1)、成本低和环保而广受关注。事实上，Li/FeS₂电池作为一次电池已经商业化，因为它有更高的容量和寿命。然而，作为可充电锂离子电池负极时，材料在充电/放电循环中会造成大的体积变化和严重的容量衰减，这阻碍它在可充电电池方面的使用。常用的方法是利用导电性优良的碳材料掺杂，形成合理结构的 FeS₂/碳复合材料，有效地缓冲体积变化问题和提高材料整体的导电性，从而改善活性物质的电性能。

石墨烯作为具有独特的二维平面结构的碳材料，具有导电性高，延展性好，优异的机械性能等结构特点。因此，将石墨烯与与负极材料复合后通过协同作用能有效提高电极材料的电化学性能。

中国专利CN 105932256A公布了一种石墨烯基FeS₂纳米材料及制备与应用。所述的制备方法为：将氧化石墨烯超声分散于水中得到氧化石墨烯悬浊液，再加入还原剂超声处理后得到石墨烯悬浊液；将Na₂S与S加入到水中，加热搅拌溶解均匀，得到Na₂S₂溶液；将FeSO₄溶于水并与石墨烯悬浊液混合，然后加入Na₂S₂溶液，升温至100℃，在惰性气体气氛下回流反应0.5～3h，反应产物经离心分离、干燥、研磨，得到石墨烯基FeS₂纳米材料；但是该专利技术在作为锂离子电池负极材料时，导电能力不足，电性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的导电性能不佳缺陷而提供一种单层石墨烯包覆FeS₂/碳纳米管材料的制备方法及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单层石墨烯包覆FeS₂/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备Na₂S₂溶液；

将氧化石墨烯分散于水中获得氧化石墨烯悬浊液，将碳纳米管分散于水中获得碳纳米管悬浊液；