，于70°C烘干4h。
[0044] 1. 2將上述烘干后的產(chǎn)物放置于通有氮?dú)獾墓苁綘t中，以5°C/S的速率升溫至 1000°C，保溫5h，冷卻至室溫后取出，再將之充分研磨得到樣品。
[0045] 2.納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球的制備：
[0046] 2. 1將上述步驟1制備的硬質(zhì)炭微球產(chǎn)物取0. 2g加入30ml去離子水，再以質(zhì)量比 1:1的比例加入〇. 2g十六烷基三甲基溴化銨，超聲攪拌lh。
[0047] 2. 2將0. 5mol/L的九水硝酸鐵溶液20ml，充分?jǐn)嚢枞芙?，然后將硝酸鐵溶液逐漸 加入上述步驟2. 1的混合液中，超聲攪拌lh。
[0048] 2. 3將lmol/L氫氧化鈉溶液10ml，再用滴管以5滴/10s的速度滴入步驟2. 2的 混合物中，超聲攪拌2h后將混合物移至容量為100ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中， 將之放置于烘箱，升溫至130°C，保溫18h，待自然冷卻后，經(jīng)去離子水和乙醇交替抽濾3次， 于70°C烘干4h，得到納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料。
[0049] 上述本實(shí)施例制得的產(chǎn)品納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的掃描電子顯微 鏡照片如圖2所示，我們將圖2所示的未包覆的炭微球與本實(shí)施例經(jīng)納米氧化鐵包覆硬質(zhì) 炭微球的掃描電子顯微照片進(jìn)行對(duì)比。從圖2可以看出，未包覆的炭微球表面光滑、球形完 整，尺寸在3ym左右；而經(jīng)納米氧化鐵包覆后的本發(fā)明產(chǎn)品依然保持了完美的球形形貌， 且包覆均勻，包覆前后的產(chǎn)品對(duì)比的結(jié)果表明，本發(fā)明產(chǎn)品中的炭微球已被納米氧化鐵材 料有效包覆，且包覆后炭微球的形貌保持完整，氧化鐵粒徑均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，包覆量 較好。本實(shí)施例制得的產(chǎn)品納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的XRD圖如圖3所示。由 圖3可見(jiàn)，本實(shí)施例的產(chǎn)品經(jīng)XRD測(cè)試后，產(chǎn)品在（012)、（104)、（113)、（024)、（116)、（214)、 (330)、（1010)、和（220)等晶面能對(duì)應(yīng)a-Fe203標(biāo)準(zhǔn)圖譜（JCPDSCardNo. 33-0664)中 2 9 = 24.1。、33.1。、35.6。、49.4。、54.0。、62.4。、63.9。、71.0。和 75。等角度。
[0050] 圖5為本實(shí)施例制得的產(chǎn)品納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的透射電鏡圖， 從圖5可看出，包覆效果和在SEM圖中觀察到的較為一致，在高分辨透射電鏡下能明顯看到 在無(wú)定型碳非晶物質(zhì)的表面負(fù)載了晶格明顯的納米a-Fe203，包覆層厚度約為100nm，經(jīng)過(guò) 測(cè)量和計(jì)算得知本樣品中氧化鐵的（104)晶面間距為2.74A，在JADE中得到（104)晶面間 距為2.7A，這就可以結(jié)合上述XRD的測(cè)試結(jié)果，（104)面的峰強(qiáng)最明顯，在本圖中，該面的總 量也最多。確定a-Fe203成功包覆在炭微球的表面，且其晶型明顯，結(jié)晶度很好。
[0051] 本實(shí)施例產(chǎn)品包覆Fe203前后制成的電池比容量-循環(huán)次數(shù)性能測(cè)試曲線如圖 4所示，由圖4可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)30次的循環(huán)后，本實(shí)施例材料制成的電池放電比容量保持在 310.ImAh/g，而未包覆的炭微球制成的電池則只有204. 5mAh/g，這表明經(jīng)過(guò)納米a-Fe203 包覆后，電池比容量有了顯著提高，循環(huán)性能也較穩(wěn)定。
[0052] 實(shí)施例2 :
[0053] -種本發(fā)明的納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料，該復(fù)合材料為核殼型結(jié)構(gòu)， 以硬質(zhì)炭微球?yàn)閮?nèi)核，以納米氧化鐵作為包覆殼體，納米氧化鐵包覆在硬質(zhì)炭微球表面。本 實(shí)施例的硬質(zhì)炭微球的平均粒度約2ym，納米氧化鐵的平均粒度約為50nm。該納米氧化鐵 是通過(guò)原位聚合法包覆在硬質(zhì)炭微球表面。
[0054] 本實(shí)施例上述的納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料主要采用以下步驟制備得 至1J(參見(jiàn)圖1):
[0055] 1 ?硬質(zhì)炭微球的制備：
[0056] 1. 1取0. 5mol/L的葡萄糖溶液70ml，超聲攪拌lh，移至容量為100ml的聚四氟乙 烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，再置于烘箱中加熱至170°C保溫4h，反應(yīng)后冷卻至室溫，將膠狀溶 液用去離子水和乙醇反復(fù)交替抽濾3次，于70°C烘干4h。
[0057] 1. 2將上述烘干后的產(chǎn)物放置于通有氮?dú)獾墓苁綘t中，以5°C/S的速率升溫至 900°C，保溫6h，冷卻至室溫后取出，再將之充分研磨得到樣品。
[0058] 2.納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球的制備：
[0059] 2. 1將上述步驟1制備的硬質(zhì)炭微球產(chǎn)物取0. 2g加入30ml去離子水，再以質(zhì)量比 1:1的比例加入〇. 2g十六烷基三甲基溴化銨，超聲攪拌lh。
[0060]2. 2將0. 5mol/L的九水硝酸鐵溶液20ml，充分?jǐn)嚢枞芙?，然后將硝酸鐵溶液逐漸 加入上述步驟2. 1的混合液中，超聲攪拌lh。
[0061] 2. 3將lmol/L氫氧化鈉溶液10ml，再用滴管以5滴/10s的速度滴入步驟2. 2的 混合物中，超聲攪拌2h后將混合物移至容量為100ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中， 將之放置于烘箱，升溫至130°C，保溫18h，待自然冷卻后，經(jīng)去離子水和乙醇交替抽濾3次， 于70°C烘干4h，得到納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料。
[0062] 上述本實(shí)施例制得的產(chǎn)品納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的掃描電子顯微 鏡照片如圖6所示，我們將圖6所示的未包覆的炭微球與本實(shí)施例經(jīng)納米氧化鐵包覆硬質(zhì) 炭微球的掃描電子顯微照片進(jìn)行對(duì)比。從圖6可以看出，未包覆的炭微球表面光滑、球形完 整，尺寸在2ym左右；而經(jīng)納米氧化鐵包覆后的本發(fā)明產(chǎn)品依然保持了完美的球形形貌， 且包覆均勻，包覆前后的產(chǎn)品對(duì)比的結(jié)果表明，本發(fā)明產(chǎn)品中的炭微球已被納米氧化鐵材 料有效包覆，且包覆后炭微球的形貌保持完整，氧化鐵粒徑均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，包覆量 較好。本實(shí)施例制得的產(chǎn)品納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的XRD圖如圖3所示。由 圖3可見(jiàn)，本實(shí)施例的產(chǎn)品經(jīng)XRD測(cè)試后，產(chǎn)品在（012)、（104)、（113)、（024)、（116)、（214)、 (330)、（1010)、和（220)等晶面能對(duì)應(yīng)a-Fe203標(biāo)準(zhǔn)圖譜（JCPDSCardNo. 33-0664)中 2 9 = 24.1。、33.1。、35.6。、49.4。、54.0。、62.4。、63.9。、71.0。和 75。等角度。
[0063]本實(shí)施例產(chǎn)品包覆Fe203前后制成的電池比容量-循環(huán)次數(shù)性能測(cè)試曲線如圖 7所示，由圖7可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)30次的循環(huán)后，本實(shí)施例材料制成的電池放電比容量保持在 219. 3mAh/g，而未包覆的炭微球制成的電池則只有204. 5mAh/g，這表明經(jīng)過(guò)納米a-Fe203 包覆后，電池比容量有了一定提高，循環(huán)性能也較穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料，其特征在于：該復(fù)合材料為核殼型結(jié) 構(gòu)，以硬質(zhì)炭微球?yàn)閮?nèi)核，以納米氧化鐵作為包覆殼體，納米氧化鐵包覆在硬質(zhì)炭微球表 面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料，其特征在于：所述硬 質(zhì)炭微球的平均粒度在2 ym~5 ym，所述納米氧化鐵的平均粒度在50~lOOnm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料，其特征在于：所 述納米氧化鐵是通過(guò)原位聚合法包覆在硬質(zhì)炭微球表面。4. 一種如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料的制備方 法，包括以下步驟： (1) 將葡萄糖或者蔗糖溶解于去離子水中，充分?jǐn)嚢璧谷敕磻?yīng)釜中，在加熱條件下進(jìn)行 充分反應(yīng)，反應(yīng)后冷卻至室溫，反復(fù)抽濾并干燥； (2) 將上述步驟（1)得到的產(chǎn)物置于惰性氣氛的管式爐中，升溫至900°C以上進(jìn)行高溫 熱處理； (3) 將上述步驟（2)得到的產(chǎn)物與表面活性劑混合后加入去離子水中，超聲攪拌，逐漸 加入鐵鹽溶液，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬?，逐滴加入堿液，超聲攪拌，倒入反應(yīng)釜中，在IKTC~150°C 下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)后反復(fù)抽濾并干燥處理，得到納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中，葡萄糖或者蔗糖溶 解于去離子水后的濃度為〇? 5mol/L~lmol/L，所述加熱后的反應(yīng)溫度為160°C~180°C，充 分反應(yīng)的時(shí)間為4~6h。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中，升溫速率控制 為5~10°C /s，熱處理的溫度為900°C~1100°C，熱處理的時(shí)間為4~6h。7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中，所述鐵鹽溶液 為硝酸鐵溶液，所述鐵鹽溶液的濃度為〇. 5~lmol/L，所述堿液為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉 溶液的濃度為0. 5mol/L~2mol/L，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為4~10滴/10s。8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中，所述表面活 性劑選用十六烷基三甲基溴化銨，步驟（2)得到的產(chǎn)物與表面活性劑混合時(shí)的質(zhì)量比為 1 : 0? 5 ~1 : 1〇9. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中，水熱反應(yīng)的溫 度為IKTC~150°C，反應(yīng)時(shí)間為12h~24h。10. -種如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的或者如權(quán)利要求4~9中任一項(xiàng)制備方法 得到的納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料作為鋰電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
【專利摘要】一種納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料，該復(fù)合材料為核殼型結(jié)構(gòu)，以硬質(zhì)炭微球?yàn)閮?nèi)核，以納米氧化鐵作為包覆殼體，納米氧化鐵包覆在硬質(zhì)炭微球表面；其制備方法包括以下步驟：將葡萄糖或者蔗糖溶解于去離子水中，在加熱條件下進(jìn)行反應(yīng)，冷卻，反復(fù)抽濾并干燥；將產(chǎn)物再置于惰性氣氛的管式爐中，升溫至900℃以上進(jìn)行高溫?zé)崽幚?；最后將得到的產(chǎn)物與表面活性劑混合后加入去離子水中，加入鐵鹽溶液，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笾鸬渭尤雺A液，然后在110℃～150℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到納米氧化鐵包覆硬質(zhì)炭微球復(fù)合材料。本發(fā)明的產(chǎn)品成分簡(jiǎn)單、制備容易、成本低、安全綠色且產(chǎn)品性能更好。
【IPC分類(lèi)】H01M4/36, B82Y30/00, H01M10/052, H01M4/587, H01M4/52
【公開(kāi)號(hào)】CN105006550
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510295542
【發(fā)明人】劉其城, 劉鵬, 吳志遠(yuǎn), 羅興
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日