[发明专利]一种核壳结构的铁基-碳复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构的铁基‑碳复合材料制备方法，以可溶性的铁盐为原料，经铁盐水热反应、硅酸四乙酯水解、聚合物包覆，再重复循环0‑3次，强碱处理、碳化、最后与碘反应，得到核壳结构的铁基‑碳复合材料；铁基‑碳复合材料为微‑纳米结构，含有1‑4层核壳结构；该铁基‑碳复合材料具有很好的电化学性能，在电池领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明专利涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种核壳结构的铁基-碳复合材料制备方法。

背景技术

核壳材料具有双层或多层结构,其内部和外部分别富集不同成分,使得核与壳的功能实现复合与互补,从而可以调制出有别于核或壳本身性能的新型功能材料。设计和构筑具有核壳结构的纳米复合材料是近年来材料科学的前沿领域。核壳结构材料可以实现核与壳功能的复合与互补,近年来核壳结构的设计理念也被引入到锂离子电池材料中。各价态铁离子为配位体的负极材料应用极为广泛，如铁金属氧化物、二硫化铁等，但随着充放电进行其容量衰减明显。

专利CN 109148864A公布了一种二硫化铁复合负极材料、制备方法；在二硫化铁表面包覆导电聚合物层，导电聚合物层不但提高二硫化铁的导电性，而且导电聚合物层具有一定的韧性，可以缓冲二硫化铁在充放电过程中的体积膨胀，从而显著提高电池的循环稳定性。

专利CN 108736000 A公开了一种热分解制备Fe₂O₃/碳纳米管复合材料的方法。将硝酸铁和碳纳米管的混合物于管式炉中在惰性气体煅烧。该Fe₂O₃/碳纳米管复合材料具有良好的循环寿命、库伦效率及比较高的能量密度和循环稳定性。

但铁基电极材料导电性差、如何提高其电化学性能，还是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术方案的缺陷，本发明的目的是提供一种核壳结构的铁基-碳复合材料制备方法。

本发明涉及一种核壳结构的铁基-碳复合材料制备方法，以可溶性的铁盐为原料，经铁盐水热反应、硅酸四乙酯水解、聚合物包覆，再重复循环0-3次，强碱处理、碳化、最后与碘反应，得到核壳结构的铁基-碳复合材料；可溶性铁盐为氯化铁、溴化铁、硝酸铁、醋酸铁的一种；聚合物前驱体为苯酚类化合物和醛类化合物；苯酚类化合物为苯酚、间二苯酚、间三苯酚、对苯酚、邻苯酚的一种；醛类化合物为甲醛、乙醛、丙醛和丁醛的一种；一种核壳结构的铁基-碳复合材料制备方法包括：

1)称量一定质量的可溶性铁盐、柠檬酸三钠、乙醇/水混合物混合，在100-240℃水热反应3-20小时；其中，乙醇/水的体积比为80-100；

2)将步骤1产物分散在醇类溶剂，加入水和硅酸四乙酯，20-70℃搅拌5-10小时；过滤、洗涤；其中，铁与硅的摩尔比为2-5；

3)将步骤2产物依次放入溴化十六烷基三甲胺、水、苯酚类化合物、无水乙醇、氨水、醛类化合物，在20-70℃搅拌5-10小时；过滤、洗涤；

4)将步骤3产物在N₂氛围下400-800℃碳化2-10h；

5)将步骤4产物重复步骤1、步骤2、步骤3和步骤4的0-3次循环；

6)将步骤5产物放入强碱溶液5-10小时；洗涤、干燥；

7)将步骤6产物与碘混合，在100-200℃固溶2-10小时；然后在400-800℃固溶1-5小时；得到核壳结构的铁基-碳复合材料；其中碘与铁的摩尔比为0.2-1.2；所述的铁基-碳复合材料含有1-4层核壳结构；

所述的铁基-碳复合材料含有微-纳米结构；

所述的铁元素与苯酚类化合物的摩尔比为0.5-5；

所述的苯酚类化合物与醛类化合物的摩尔比为1-1.5。