[发明专利]一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球及其制备方法和应用，其采用在不同温度下，向FeFe(CN)₆纳米球前驱体加入无机酸进行刻蚀反应，制备出具有中空分级孔结构的FeFe(CN)₆纳米球，并通过超声、冷冻复合干燥的工艺，加入碘掺杂石墨烯进行均匀致密包覆，得到掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球（即FeFe(CN)₆@IG）。通过本制备方法，可以进一步增加中空分级孔FeFe(CN)₆纳米球的导电性能，并且能够提高多次充放电后仍保持较好的性能。由该材料制备的锂离子电池负极极材料，具有较好的容量，稳定循环性好，容量维持率高达90％以上，并且该制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池应用领域，尤其涉及一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球及其制备方法和应用。

背景技术

随着智能机器人和新能源电动汽车的快速发展，锂离子电池(LIBs)被广泛用作主要能源存储器件。现有的锂离子电池多采用石墨作为负极材料，由于石墨相对较低的理论容量(LiC₆为372 mAh g^-1)限制其在实际生活的应用，特别是在新能源电动汽车中因此，发展新一代的锂电池电极材料迫在眉睫。

作为第一种人工合成的聚合物，普鲁士蓝(Fe₄[Fe(CN)₆]₃·14H₂O，PrussianBlue，简称PB)，具有优良的电化学可逆性，高度的稳定性，容易制备等优点，因而在化学修饰电极、电显色、二次电池等方面有很大的应用前景。

然而，就已报道过的普鲁士蓝在锂离子电池负极上的应用而言，他们的研究普遍存在导电性差，充放电容量低，循环不稳定等特点。因而，现有技术还有待于改进和提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中锂电池的导电性差、充放电容量低以及循环不稳定的技术问题。

本发明的技术方案包括：

一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球的制备方法，其包括以下步骤：A、将K₃[Fe(CN)₆]溶于去离子水中，加入表面活性剂，超声搅拌至清液，再加入无机酸溶液，搅拌后进行加热，在磁力搅拌下先升温至70-90℃，反应22-26h，再降温至室温；离心收集沉淀物，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，并在50-70 ℃下真空干燥10-14 h，获得实心FeFe(CN)₆纳米球前驱体；

B、将上述制备的实心FeFe(CN)₆纳米球前驱体和表面活性剂分别加入无机酸溶液中，搅拌均匀后，在密封环境下升温至120℃，持续反应4-6h，然后逐渐降温至室温，制得具有分级孔FeFe(CN)₆纳米球；

C、将碘掺杂石墨烯和上述制备的具有分级孔FeFe(CN)₆纳米球一起加入离子水中超声1-2h，再冷冻干燥46-50h，得到碘掺杂石墨烯包裹的分级孔FeFe(CN)₆纳米球。

所述的一种基于碘掺杂石墨烯包裹的分级孔普鲁士蓝纳米球的制备方法，其在步骤A中，所述K₃[Fe(CN)₆]和表面活性剂的质量比为1:15-1:30，所述无机酸溶液的浓度为0.5M。