1.一种碳@Fe2O3@碳微球复合材料,其特征在于:所述碳@Fe2O3@碳微球复合材料由正硅酸四乙酯,氨水,间苯二酚,甲醛,铁盐和多巴胺制备而成,制备出的碳@Fe2O3@碳微球直径为
200~300 nm,微球碳内壳厚度为15~30nm,所述的Fe2O3 中间层厚度为30~60nm,所述碳外壳的厚度为3~7nm;
所述碳@Fe2O3@碳微球复合材料,具体是通过以下步骤制备而成的:步骤1:二氧化硅@酚醛树脂微球的制备:将正硅酸四乙酯与氨水加入乙醇/水溶液中,搅拌1~2h后加入间苯二酚与甲醛并持续搅拌12~24 h;所述的乙醇/水溶液体系中,乙醇的体积分数为72~85 %,每升反应液中含正硅酸四乙酯为50~80 ml, 氨水浓度为120~
180 ml,间苯二酚12~18 g,甲醛18~25 ml;随后将反应溶液移入高压反应釜并水热反应
12~24 h;待自然冷却到室温后,离心洗涤收集产物,得二氧化硅@酚醛树脂微球;
步骤2:官能团化的中空碳球的制备:将二氧化硅@酚醛树脂置于管式炉中,在氮气或氩气或任意比的氮氩混合气氛围下以4~6 ℃/min 的速率升温至400~500 ℃,随后以1~2 .5 ℃/min的速率升温到550~750 ℃以防止材料结构破碎,并保持2~4小时,使酚醛树脂充分碳化,之后自然冷却至室温,得到SiO2@碳微球材料;再将SiO2@碳微球置于15~25 wt%的氢氟酸溶液中浸泡12~24 h,然后离心分离,用去离子水清洗,得到中空碳球;随后将所得中空碳球首先置于25~35℃,质量分数为60~70 %的浓硝酸中搅2 h使其充分浸润并初步官能化,随后将温度升至50~80 ℃并继续搅拌8~10h进行官能化;然后水洗,干燥,得到官能团化的中空碳球;
步骤3:碳@Fe2O3 微球材料的制备:将步骤2所得的官能团化的中空碳球加入到去离子水中,得到中空碳球分散液;然后再向中空碳球分散液中加入铁盐,在60~80 ℃条件下以
600~900 rpm/min的速度搅拌4~6 h,得到碳@FeOOH;所述的中空碳球分散液浓度为0 .5~1 g/L,所述的铁盐的浓度为0 .2~1 mol/L;通过离心收集产物,并用去离子水洗涤2~3次,得到羟基氧化铁包裹的中空碳微球复合材料碳@FeOOH;然后将碳@FeOOH 置于管式炉中,在氮气或氩气或任意比的氮氩混合气氛围下以1~6 ℃/min的速率升温到350~450 ℃并保持2~6 h,之后自然冷却至室温,得到碳@Fe2O3 微球纳米材料;
步骤4:将步骤3中的碳@Fe2O3 微球纳米材料分散于三羟甲基氨基甲烷溶液中,并加入多巴胺后在常温下搅拌4~6 h;所述的碳@Fe2O3 微球纳米材料的分散浓度为0 .5~1 g/L;
所述的多巴胺浓度为0 .4~1 g/L;所述的三羟甲基氨基甲烷的浓度为1~1 .2 g/L;反应完成后通过离心收集产物,并用去离子水对产物洗涤2~3次;将干燥后的产物置于管式炉中,在氮气或氩气或任意比的氮氩混合气氛围下以2~4 ℃/min的速率升温到250~300 ℃并保持0 .5~1 h,然后以0 .5~1 ℃/min的速率升温到350~450 ℃以稳定材料结构,并保持2~4 h碳化多巴胺层,然后自然冷却至室温,得到碳@Fe2O3@碳微球复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳@Fe2O3@碳微球复合材料,其特征在于:所述铁盐为氯化铁、硝酸铁或者硫酸铁中的任意一种。
3.一种权利要求1所述的碳@Fe2O3@碳微球复合材料的应用,其特征在于:所述碳@Fe2O3@碳微球纳米复合材料用作锂离子电池的负极材料。
4.根据权利要求3所述的碳@Fe2O3@碳微球复合材料的应用,其特征在于:所述碳@Fe2O3@碳微球纳米复合材料应用于CR2032扣式锂离子电池,具体步骤如下:步骤A:按照70:20:10的质量比将碳@Fe2O3@碳微球纳米复合材料:导电剂Super P:粘结剂羧甲基纤维素钠混合均匀,得到固体混合物;
步骤B :将步骤A得到的固体混合物与超纯水按照质量比为18:82~25:75进行混合,搅拌均匀,制得浆料;
步骤C:将步骤B得到的浆料涂覆在铜箔上,经干燥、辊压后制得厚度为13~23 μm的锂离子电池电极片;
步骤D:将步骤C得到的锂离子电池电极片作为电池负极片,采用微孔聚丙烯膜为隔膜,采用溶剂1 mol/L LiPF6为电解液,溶剂为等体积的碳酸二甲酯和碳酸二丙酯,在充满氩气的手套箱中装配成CR2032扣式锂离子电池。