[发明专利]一种磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法如下：首先用模板法制备空心碳球，在其表面原位生长磷酸铁，再与石墨烯复合，最后在一定的温度下处理，得到本发明的磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料。由于内部有起到支撑作用且导电性良好的碗状空心碳球作为载体，外部有高导电性材料石墨烯的包覆，因此能够极大提高磷酸铁的电子导电率，从而很好的解决该类材料普遍存在的电子导电率较低的问题。将本发明制备的复合材料应用在锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池正极材料上，都具有优异的电化学性能，为高性能正极材料的发展提供了新技术，具有良好的应用前景。

主权项

1.一种磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的磷酸铁@空心碳球的外观形貌为碗状，大小分布均匀，碗尺寸在50-1000 nm，石墨烯包覆在其表面，所述的制备方法包括如下步骤：/n（1）将硅源和碳源加入到混合溶剂中，搅拌20-30 h后将悬浮液离心，将所得产物用乙醇和去离子水反复洗涤，直至滤液无色，干燥后得到前驱体；/n（2）将步骤（1）所得到的前驱体置于管式炉中，保护气氛中煅烧，冷却至室温得到黑色粉体；/n（3）将步骤（2）所得到的黑色粉体加入到质量分数为3-10 %的氢氟酸溶液中搅拌3-8h，然后过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值为4-7，干燥后得到空心碳球；/n（4）将步骤（3）所得到的空心碳球用浓酸回流，回流温度为40-90℃，恒温时间为5-24h，然后过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液pH值为4-7，干燥后得到表面修饰功能化的空心碳球；/n（5）将步骤（4）所得的表面修饰功能化的空心碳球置于1-10 mmol/L的铁盐溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后过滤，得到表面吸附铁离子的空心碳球；/n（6）将步骤（5）所得的表面吸附铁离子的空心碳球置于1-10 mmol/L磷酸根溶液中，在1-40℃下放置5-15 h，然后过滤，得到表面吸附含水磷酸铁的空心碳球；/n（7）将步骤（5）和（6）重复1-10次，过滤后用去离子水洗涤，干燥后得到含水磷酸铁@碗状空心碳球；/n（8）将步骤（7）得到的含水磷酸铁@碗状空心碳球分散在去离子水中，加入石墨烯或氧化石墨烯悬浮液，缓慢滴加表面活性剂溶液，生成絮状物质，然后过滤并用去离子水洗涤，干燥得到含水磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯；/n（9）将步骤（8）得到的含水磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯置于管式炉中保护气氛中煅烧，冷却至室温得到磷酸铁@碗状空心碳球/石墨烯复合材料。/n