四氧化三铁空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料及其制备和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115312743A(43)申请公布日2022.11.08(21)申请号202211077546.8B82Y30/00(2011.01)(22)申请日2022.09.05(71)申请人杭州职业技术学院地址310018浙江省杭州市江干区下沙高教园区学源街68号(72)发明人杨秋合裘旭东(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224专利代理师高佳逸(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/525(2010.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/131(2010.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称四氧化三铁空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料及其制备和应用(57)摘要本发明公开了一种四氧化三铁空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料及其制备方法和在制备锂离子电池负极中的应用。在Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料中，碳材料呈立体蜂窝状大孔结构，在碳的蜂窝孔表面原位、均匀且紧密地通过化学键结合生长Fe3O4空心纳米球。本发明制备方法首先合成PS球，然后将PS球与溶解了Fe(NO3)3和PVP的溶液缓慢蒸发干燥，接着在保护气氛下煅烧，即可获得Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料。本发明可提高Fe3O4的比容量，循环性能和倍率性能。CN115312743ACN115312743A权利要求书1/1页1.一种Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，在所述Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料中，碳材料呈立体蜂窝状大孔结构，在碳的蜂窝孔表面原位、均匀且紧密地通过化学键结合生长Fe3O4空心纳米球。2.根据权利要求1所述的Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，所述Fe3O4空心纳米球由立方相和正交相混合组成，其外径是5‑50nm，壳厚为1‑10nm。3.根据权利要求1所述的Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，所述碳材料由聚乙烯吡咯烷酮分解产生，为非晶态材料，其蜂窝状大孔的直径为50‑1000nm。4.根据权利要求1所述的Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料，其特征在于，所述Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料中，Fe3O4的质量百分比为30％‑85％，其余为碳。5.根据权利要求1～4任一项所述的Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1)氮气除氧和保护下，将去离子水加热至60℃，加入油酸和苯乙烯，然后加热至70℃，加入K2S2O8水溶液，引发聚合反应，持续搅拌5‑30h，再加热至80℃保温30min，冷却得到单分散的PS球乳液；(2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到步骤(1)得到的PS球乳液中，搅拌加热到50℃，保温30min，然后加入Fe(NO3)3·9H2O，搅拌5h，得到的混合溶液在60℃下干燥成前驱体Fe(NO3)3@PVP@PS球；(3)将步骤(2)得到的前驱体Fe(NO3)3@PVP@PS球在Ar气氛下，加热到380‑420℃，保温1‑5h，得到所述Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：去离子水、油酸、苯乙烯、K2S2O8水溶液的用量比为280mL:200μL:2‑50mL:10mL；K2S2O8水溶液的浓度为20mg/mL。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为58000；聚乙烯吡咯烷酮、PS球乳液、Fe(NO3)3·9H2O的用量比为0.5g:60mL:0.1‑2g。8.根据权利要求1～4任一项所述的Fe3O4空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料在制备锂离子电池负极中的应用。2CN115312743A说明书1/6页四氧化三铁空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料及其制备和应用技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种四氧化三铁(Fe3O4)空心纳米球@立体蜂窝碳复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]过渡金属氧化物被认为是锂离子电池最优秀的负极材料之一，它们的理论容量通常远高于传统石墨负极材料的理论容量372mAhg‑1。它们可以满足新能源汽车和电动工具快速发展对锂离子电池日益增长的性能要求。[0003]‑1在过渡金属氧化物中，Fe3O4理论容量高(926mAhg)，资源丰富，成本低，无毒，是极具吸引力的负极材料。然而，Fe3O4的商业应用仍然面临极大的挑战。在充放电过程中，由于Fe3O4体积膨胀大，导电性差，导致容量下降快，倍率性能低。[0004]为了提高Fe3O4的锂离子电池性能，人们进行了多方面探索。公开号为CN113972365A的发明专利申请报道了一