[发明专利]一种碳包覆球状四氧化三钴/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆球状四氧化三钴/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用。将均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮在室温下搅拌并溶解在甲醇中，以获得澄清溶液；将Co(NO₃)₂·6H₂O溶解在甲醇中并在室温下搅拌均匀，与所述澄清溶液全部混合后，加入FeSO₄·7H₂O继续搅拌；待搅拌完成后进行第一水热反应；反应完成后冷却至室温，所得产物离心洗涤，干燥得Co‑Fe‑BTC；将Co‑Fe‑BTC全部研磨成粉末，进行退火处理，退火后自然冷却至室温，得到黑色粉末Co₃O₄/Fe₃O₄微球；将所得Co₃O₄/Fe₃O₄粉末溶于氧化石墨烯溶液搅拌均匀，将混合溶液进行第二水热反应；反应后冷却至室温，所得产物离心洗涤，干燥得Co₃O₄/Fe₃O₄/GO复合材料。整个合成过程简单高效，适合规模化生产，有助于提高负极的充放电效率以及改善循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种碳包覆球状四氧化三钴/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

为了满足人类日益增长的能源需求，特别是近年来蓬勃发展的电动汽车市场，开发具有优良性能的新一代锂离子电池(LIBs)至关重要。目前，商业化锂离子电池主要采用人造石墨等碳材料作为负极，但由于其理论容量低(372mAh/g)，传统电极材料在比容量、循环寿命及安全性方面的局限性日益凸显，制约了锂离子电池的进一步发展。

近年来，过渡金属氧化物因其理论比容量高而成为锂离子电池负极材料研究的焦点。Co₃O₄作为潜在的锂离子电池负极材料，比容量高达890mAh/g。然而，钴金属资源匮乏，成本较高，将极大的制约Co₃O₄在锂离子电池中的应用。但是，通过不同过渡金属氧化物复合，将减小成本，甚至利用金属氧化物间的协同效应获得电化学性能更加优越的负极材料。因此，构筑多孔过渡金属氧化物复合结构可有效优化其电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种碳包覆球状四氧化三钴/四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用，通过对负极材料结构进行合理的设计与优化，构建Co₃O₄/Fe₃O₄双组分优势提供优异的电化学性能，引入氧化石墨烯进行碳包覆可以构筑三维分层结构，利用氧化石墨烯优异的导电性能和结构优势修饰Co₃O₄/Fe₃O₄复合材料，提高其Li⁺传输效率，抑制Co₃O₄/Fe₃O₄在电化学反应过程中的体积膨胀，以增强其结构稳定性，从而解决上述技术问题，进一步提升锂离子电池性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳包覆球状四氧化三钴/四氧化三铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮在室温下搅拌并溶解在甲醇中，以获得澄清溶液；

将Co(NO₃)₂·6H₂O溶解在甲醇中并在室温下搅拌均匀，与所述澄清溶液全部混合后，加入FeSO₄·7H₂O继续搅拌；

待搅拌完成后进行第一水热反应；反应完成后冷却至室温，所得产物离心洗涤，干燥得Co-Fe-BTC；