[发明专利]一种纳米Fe3

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，且公开了一种纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料，该一种纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料，以主链含溴原子的聚酰亚胺作为大分子引发剂，溴原子作为引发活性位点，通过原子转移自由基聚合法，引发聚丙烯腈和纳米Fe₃O₄的乙烯基在聚酰亚胺中原位聚合，纳米Fe₃O₄均匀分散在聚酰亚胺的内部，苯氧基聚磷腈热分解‑交联过程产生大量的热解气体和磷酸衍生物，在石墨碳中形成丰富的孔道结构，磷酸衍生物作为成炭剂，促进聚酰亚胺向石墨化程度更高的石墨碳转变，N,P共掺杂多孔石墨碳具有优异的电化学性能，纳米Fe₃O₄均匀分布在N,P共掺杂多孔石墨碳，减少了纳米Fe₃O₄的团聚和聚集的现象。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料及其制法。

背景技术

锂离子电池是一种绿色高能可充电电，具有能量密度高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等优点，广泛应用于各类便携式电子设备中，目前锂离子电池负极材料主要有石墨碳负极材料，但是碳负极材料的储锂能力较差，理论容量不高，不能满足大型电子设备的需求，阻碍了锂离子电池的发展，因此需要开发储锂性能更优越的负极材料。

过渡金属氧化物电极材料如Fe₃O₄、Co₃O₄、MoS₂等，具有很高的理论比容量，并且储量丰富，成本低廉，对环境友好，是一种非常具有应用前景的锂离子电池负极材料，但是Fe₃O₄在持续的充放电过程中，体积会发生较大＝膨胀变化，导致电极材料内部结构遭到破坏和崩塌，导致容量衰减严重和循环性能降低，目前通常是在Fe₃O₄纳米颗粒表面包覆多孔碳材料，来提高Fe₃O₄负极材料的电化学性能，但是Fe₃O₄纳米颗粒容易在多孔碳材料分布不均匀，容易发生团聚，导致电化学活性位点降低。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料及其制法，解决了Fe₃O₄负极材料电化学性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料，所述纳米Fe₃O₄原位生长N,P共掺杂多孔碳的负极材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:10-30的纳米Fe₃O₄和乙烯基三甲氧基硅烷，置于油浴装置中，加热至100-120℃，匀速搅拌回流反应5-10h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到乙烯基纳米Fe₃O₄。

(2)在氩气氛围中，向反应瓶中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和二酐单体，在室温下匀速搅拌反应10-20h，再加入催化剂吡啶和脱水剂乙酸酐，加热至100-130℃，反应3-8h，将溶液加入冰水冷却并有大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到主链含羟基的聚酰亚胺。