[发明专利]一种四氧化三铁‑碳复合锂电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料的制备方法，具体的为一种四氧化三铁—碳复合锂电池负极材料的制备方法。 

背景技术

作为一种新型化学电源， 锂离子电池以其具有充电速度快，循环寿命长， 负载性能好，能量密度和工作电压高，安全无污染等优点，已广泛应用于各种便携式电子设备，其年产量日期增长。锂离子电池负极材料作为提高锂离子二次电池能量及循环寿命的重要因素，已在世界范围内得到了广泛的研究。作为锂离子电池负极材料，碳基材料具有放电容量高，循环寿命长，成本低等优点。因此，作为一种经济适用的原料，目前用于锂离子电池的负极材料大多数还是碳基材料。 

碳是一种很常见的元素，以多种形式广泛存在于大气和地壳当中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物—有机物更是生命的根本。而应用在锂电池负极材料中的碳基本上都是以碳单质的形式存在。碳单质有多种，如：石墨、金刚石、富勒烯（球碳族）和石墨烯等。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层之间键合比较脆弱，当施加外力时，层与层之间容易被滑动而分开，如果一层一层的分开，最终得到的单一原子层被称为石墨烯（Graphene）。因此，石墨材料是单层或多层石墨烯的总称。自2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫两位教授（二人由于在石墨烯研究上的突出贡献获2010年度诺贝尔物理学奖）成功用胶带剥离单原子层石墨--石墨烯以来，人们一时掀起了石墨烯的研究热潮。据研究报道具有几层状或多层的石墨烯材料用在锂电池中有比传统材料具有更优异的性能。这主要是石墨烯以其独特的二维网状结构，具有高传导性（室温下，传导电子的速度比已知导体都快）、高比表面积（2600m²/g）所决定的。 

另一方面， Nature杂志2000年，第407期，第496-499报道了一篇题为：Nano-sized transition-metal oxidesas negative-electrode materials for lithium-ion batteries。人们开始对利用过渡金属氧化物纳米粉体制备锂电池负极材料产生了极大的兴趣。近年来，随着纳米复合材的不断的发展，加上人们对碳单层或多层材料的物理化学特性的深入研究，人们开始制备并研究碳和过度金属氧化物复合体作比较理想的锂电池负极材料，如最近在google学术搜索引擎中输入：C-Fe₃O4, C-Fe₂O₃, C-FeO，C-Co₃O₄, C-CuO, C-Cu₂O, C-NiO, C-CoO, C-MnO₂, C-Mn₃O₄中的一个关键词并同时输入lithium ion cells或lithium-ion battery anodes有大量的文献报道。研究发现此类复合材料做成的负极材料有比市用碳电极材料或单用非碳复合材料具有更优异的性能。其中，C-Fe₃O₄复合材料，最近几年的文献报道：(1) Fe₃O₄ nanoparticle-integrated graphene sheets for high-performance half and full lithium ion cells, Phys. Chem. Chem. Phys; 2011, 13, 7170-7177; (2) Bottom-up in situ formation of Fe₃O₄ nanocrystals in a porous carbon foam for lithium-ion battery anodes J. Mater. Chem., 2011, 21, 17325-17330; (3) Electrospinning synthesis of C/Fe₃O₄ composite nanofibers and their application for high performance lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, 2008, 183(2):717-723; (4) Facile preparation of carbon coated magnetic Fe₃O₄ particles by a combined reduction/CVD process, Materials Research Bulletin, 2011, 46( 5):748-754; (5) One-step pyrolysis route to C/Fe₃O₄ hybrids from EDTA ferric sodium salt, Materials Letters, 2010, 64(7):817–819. (6) Electrospinning synthesis of C/Fe₃O₄ composite nanofibers and their application for high performance lithium-ion batteries; (7) A magnetite nanocrystal/graphene composite as high performance anode for lithium-ion batteries, Journal of Alloys and Compounds, 2012,514: 76-80 (8) An Fe₃O₄-FeO-FeC composite and its application as anode for lithium-ion battery. Journal of Alloys and Compounds，2012，513(5): 460-465 (9) Hollow Fe₃O₄/C spheres as superior lithium storage materials. Journal of Power Sources. 2012, 197:305-309 (10) Carbon Coated Fe₃O₄ Nanospindles as a Superior Anode Material for Lithium-Ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2008, 18:3941–3946。(11) Structural evolution from mesoporous α-Fe₂O₃ to Fe₃O₄C and γ-Fe₂O₃ nanospheres and their lithium storage performances, Cryst. Eng. Comm, 2011, 13, 4709-4713 等等。