[发明专利]碳包覆四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备应用

摘要

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种碳包覆四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法，属于材料和电化学技术领域。本发明提供一种复合材料，所述复合材料由碳包覆四氧化三铁和氮掺杂石墨烯组成，所述复合材料中，四氧化三铁均匀地分布在石墨烯片层的表面。本发明的复合材料由碳包覆四氧化三铁和氮掺杂石墨烯复合材料组成，该复合材料作为锂离子电池负极材料使用过程中，具有优异的循环和倍率性能。此外，本发明所得碳包覆四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料不仅能有效缓冲四氧化三铁在电化学反应中的体积效应，同时还提高了材料的导电性，大大降低电池的阻抗，从而有效地提高了材料的电化学性能。

主权项

1.复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳包覆四氧化三铁和氮掺杂石墨烯组成，所述复合材料中，四氧化三铁均匀地分布在石墨烯片层的表面；其中，所述复合材料采用下述制备方法制得：步骤一、氧化石墨烯分散液与二价铁源搅拌混匀形成混合液；其中，氧化石墨烯与二价铁源的用量比为:每100mg氧化石墨烯使用铁元素含量为1～10mmol的二价铁源；步骤二、在步骤一所得混合液中加入三聚氰胺以及甲醛溶液，于160～200℃水热条件下反应至少3h，使三聚氰胺原位聚合得到密胺树脂，同时还原氧化石墨烯，获得还原氧化石墨烯/二价铁离子/密胺树脂复合材料；其中，三聚氰胺的用量以步骤一中氧化石墨烯的质量计算，三聚氰胺的质量是氧化石墨烯质量的0.5～5倍，甲醛溶液的用量为1g三聚氰胺对应1～5ml甲醛溶液；步骤三、将步骤二所得的还原氧化石墨烯/二价铁离子/密胺树脂复合材料转移到pH>11的强碱性水溶液中，静置0.5h以上，即得到密胺树脂包覆的四氧化三铁/石墨烯复合材料，再经洗涤、干燥处理得干密胺树脂包覆的四氧化三铁/石墨烯复合材料；步骤四、将步骤三中所得干密胺树脂包覆的四氧化三铁/石墨烯复合材料在惰性气体保护下，于550～800℃下高温烧结至少3h，得到碳包覆的四氧化三铁并同时对石墨烯进行氮掺杂，最后获得碳包覆四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料；并且，碳包覆四氧化三铁占复合材料总质量的30～70wt％。