烯混合液；
所述的鐵源為220mgFeCl3 ? 6H20和80mg FeCl2 ? 4H20組成的混合物，按摩爾比計算，F(xiàn)eCl3:FeCl 2為 2:1 ;
上述所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨烯:鐵源為1:3 ;
(2)、將步驟(1)所得的二維的金屬鐵化合物/石墨稀混合液在轉速為8000r/min下離心8min，所得的沉淀中加入2ml的濃度為100mg/ml的粘合劑聚乙烯醇水溶液，混合均勻后，注入lmL的注射器中，用液氮冷凍干燥，得三維有序的復合材料；
上述所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:2的比例計算；
(3)、將步驟(2)所得的三維有序的復合材料放入石英舟，在氮氣保護下，控制升溫速度為5°C /min升溫至500°C進行高溫煅燒2h，即得三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。
[0019]實施例3
一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料，通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、將lOOmg氧化石墨烯加入到100ml水中并分散均勻，得到濃度為lmg/ml的氧化石墨稀水溶液；
取10ml濃度為lmg/ml的氧化石墨稀水溶液，加入600mg鐵源，并進行超聲20min混合均勻，然后加熱至90°C回流狀態(tài)進行自組裝反應12h，即使氧化石墨烯、FeClJP FeCl 2在靜電作用下進行自組裝，得到二維的金屬鐵化合物/石墨烯混合液；
所述的鐵源為440mgFeCl3.6H20和160mg FeCl2.4H20組成的混合物，按摩爾比計算，F(xiàn)eCl3iFeCl 2為 2:1 ;
上述所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨烯:鐵源為1:6 ;
(2)、將步驟(I)所得的二維的金屬鐵化合物/石墨稀混合液在轉速為8000r/min下離心8min，所得的沉淀中加入0.5ml的濃度為100mg/ml的粘合劑聚乙稀醇水溶液，混合均勾后，注入I mL的注射器中，用液氮冷凍干燥，得三維有序的復合材料；
上述所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:0.5的比例計算；
(3)、將步驟(2)所得的三維有序的復合材料放入石英舟，在氮氣保護下，控制升溫速度為5°C /min升溫至400°C進行高溫煅燒2h，即得三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。
[0020]實施例4
一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料，通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、將10mg氧化石墨烯加入到10ml水中并分散均勻，得到濃度為lmg/ml的氧化石墨稀水溶液；
取10ml濃度為lmg/ml的氧化石墨稀水溶液，加入1200mg鐵源，并進行超聲20min混合均勻，然后加熱至90°C回流狀態(tài)進行自組裝反應12h，即使氧化石墨烯、FeClJP FeCl 2在靜電作用下進行自組裝，得到二維的金屬鐵化合物/石墨烯混合液；
所述的鐵源為880mgFeCl3.6H20和320mgFeCl2.4H20組成的混合物，按摩爾比計算，F(xiàn)eCl3iFeCl 2為 2:1 ;
上述所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨烯:鐵源為1:12 ;
(2)、將步驟(I)所得的二維的金屬鐵化合物/石墨稀混合液在轉速為8000r/min下離心8min，所得的沉淀中加入Iml的濃度為100mg/ml的粘合劑聚乙烯醇水溶液，混合均勻后，注入I mL的注射器中，用液氮冷凍干燥，得三維有序的復合材料；
上述所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:1的比例計算；
(3)、將步驟(2)所得的三維有序的復合材料放入石英舟，在氮氣保護下，控制升溫速度為5°C /min升溫至600°C進行高溫煅燒2h，即得三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。
[0021]將實施例1所得的三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料制成紐扣電池后進行電化學性能測試，步驟如下:
(I)、工作電極的制備
將24mg活性材料、3mg粘結劑聚偏氟乙稀和3mg導電碳(Super P)按質量比為8:1:1的比例混合，然后加入聚吡咯烷酮(NMP)溶劑，攪拌混合均勾，得到漿料，采用100 Mm濕膜制備器將漿料均勻地涂布于規(guī)格為Tl 1012的Cu箔上，將涂布均勻的Cu箔擱置于真空烘箱中60°C下保溫12h，得到烘干的負極級片材料；
將烘干的負極極片材料切割成直徑為12 mm的圓片，以3MPa的壓力定型，得到負極級片;
稱重扣除空白Cu箔之后得到負極極片上的三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的質量，最后將負極極片擱置于手套箱中以待備用；
(2)、電池的裝配
在充滿氬氣的手套箱中，以步驟(I)所得的負極極片為電池的負極，鋰片為正極，隔膜采用的是ENTEK ET20-26，組裝成CR2016型紐扣電池，以備電化學測試；
電解液為I mol.L 1的LiPF6 /EC: DMC (體積比為1:1)混合溶液；
(3)、電化學性能測試
電化學性能測試均采用LAND測試系統(tǒng)，其型號為LandCT2007A型(武漢市金諾電子有限公司)，測試過程溫度恒定為25°C，其充放電截止電壓為3.0-0.0lV0測試負極級片上三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的倍率性能，結果如圖3a所示，從圖3a中可以看出電流從0.2A g1增大到8A g1，然后再恢復到0.2A g1后，其容量還依然保持并有上升趨勢，由此表明具有三維結構的三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料表現(xiàn)出良好的倍率特性；
測試三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的循環(huán)性能，結果如圖3b所示，從圖3b中可以看出在0.2A g1電流下充放100圈之后，其容量可以達到900mA h g—1，甚至在充放250圈之后，容量高達IlOOmA h g_\由此表明了具有三維結構的三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能。
[0022]綜上所述，本發(fā)明的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料，不僅三維大孔高度有序，反應活性高，而且具有優(yōu)異的循環(huán)倍率性能和良好的循環(huán)性能等優(yōu)點。
[0023]上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)、將氧化石墨烯加入到水中并分散均勻，然后加入鐵源超聲混合均勻，然后加熱至回流狀態(tài)進行自組裝反應12h，得到二維的金屬鐵化合物/石墨烯混合液； 所述的鐵源為FeClJP FeCl 2組成的混合物，按摩爾比計算，F(xiàn)eCl 3:FeCl 2為2:1 ; 上述所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨烯:鐵源為1:3-12 ; (2)、將步驟(I)所得的二維的金屬鐵化合物/石墨稀混合液在轉速為8000r/min下離心8min，所得的沉淀中加入粘合劑聚乙烯醇，混合均勻后，注入I mL的注射器中，用液氮冷凍干燥，得三維有序的復合材料； 上述所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:0.5-2的比例計算； (3)、將步驟(2)所得的三維有序的復合材料放入石英舟，在氮氣保護下，控制升溫速度為5°C /min升溫至400-600°C進行高溫煅燒2h，即得三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。2.如權利要求1所述的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于其制備過程步驟(I)中回流反應的溫度為90°C。3.如權利要求1所述的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于其制備過程步驟(I)中所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨稀:鐵源為1:6 ； 步驟(2)中所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:1的比例計算。4.如權利要求1所述的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于其制備過程步驟(I)中所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨稀:鐵源為1:3 ； 步驟(2)中所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:2的比例計算。5.如權利要求1所述的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于其制備過程步驟(I)中所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨稀:鐵源為1:6 ； 步驟(2)中所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:0.5的比例計算。6.如權利要求1所述的一種三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料，其特征在于其制備過程步驟(I)中所用的氧化石墨烯、鐵源的量，按質量比計算，即氧化石墨‘烯:鐵源為1:12 ; 步驟(2)中所用的聚乙烯醇的量，按制備金屬鐵化合物/石墨烯混合液所用的氧化石墨烯:聚乙烯醇的質量比為1:1的比例計算。7.如權利要求1-6任一所述的制備方法所得的三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料及制備方法。即將氧化石墨烯在水中超聲分散均勻后加入鐵源，混合均勻后加熱回流攪拌，得到二維的金屬鐵化合物/石墨烯混合液，然后離心所得的沉淀中加入粘合劑聚乙烯醇，用液氮冷凍干燥，得三維有序的復合材料，然后在氮氣保護下，控制升溫速度為5℃/min升溫至400-600℃進行高溫煅燒2h，即得三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料。該三維有序的碳包覆鐵基/石墨烯鋰離子電池負極材料具有優(yōu)異的循環(huán)倍率性能、良好的充放電可逆性、良好的循環(huán)性能等優(yōu)點，且制備工藝簡單，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/36, H01M4/52, H01M4/1393, H01M4/1391, H01M4/583, H01M4/131, H01M4/133
【公開號】CN105206817
【申請?zhí)枴緾N201510678918
【發(fā)明人】韓生, 王鑫晶, 黃燕山, 蔣建忠, 王馳, 藺華林, 于飛, 祝俊, 余焓, 裴素鵬, 蔣繼波, 周祖新, 李原婷, 邱豐, 盧德利
【申請人】上海應用技術學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月20日