[發明專利]納米三氧化二鐵/劍麻炭鋰離子電池復合負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410380487.0
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104157857A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 覃愛苗;余心亮;田寧;杜銳;韋春
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/583;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料的制備方法。?

背景技術

當今社會，伴隨不可再生資源的日益減少，開發和利用新能源成為實現可持續發展的重要途徑。鋰離子電池以其高能量密度、高功率密度及良好的安全性等優異性能備受青睞，其應用領域不斷擴大，不僅應用于小型電子設備，近年又向動力電池方向發展。鋰離子電池的制造成本中，電極材料所占比例最高，達到50-60%，并且電池內部的電極材料控制著整個電池的電化學反應。因此，電極材料作為鋰離子電池的核心，一直以來是制約鋰離子電池發展的關鍵因素之一。目前鋰離子電池實際商品化的負極材料都是炭材料，其中石墨類材料具有電極電位低、循環效率高、廉價易得和無毒無害等優點，是目前比較常用的負極材料。但是由于其理論容量僅僅為372?mAh/g且大電流充放電能力較差，隨著社會的發展，已經不能滿足日益增長的社會需求。?

生物質材料是儲量豐富的可再生資源，屬于天然高分子材料，經過炭化制備的生物質炭材料和其它碳材料一樣具有較好的循環穩定性，但是往往容量偏低，制約了其在鋰離子電池上的應用。?

Fe₂O₃具有很高的理論比容量（1005mAh/g），但是無法單獨用作鋰離子電池負極材料，制約其應用的主要因素在于其容量衰減過快即循環穩定性太差，充放電過程中會發生體積膨脹而導致材料粉化。?

結合碳材料循環穩定性好以及非碳類材料高比容量的優勢，將兩種材料復合，開發新型的高容量復合材料是未來負極材料的發展趨勢。?

發明內容

本發明的目的是提供一種納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料的制備方法，以降低鋰離子電池的生產成本，提高其使用性能。?

具體步驟為：?

（1）將劍麻纖維在氣體流量為20-100ml/min的氮氣氣氛下炭化0.5-3小時得劍麻纖維炭，炭化溫度為600-1000℃，升溫速率為1-10℃/min，然后研磨成100-300目的劍麻炭粉末。

（2）在100ml水中加入0.875-3.5g氯化鐵，待完全溶解后再加入0.25-0.75g步驟（1）所得的劍麻炭粉末，然后邊攪拌邊加入0.3-0.9g尿素，在密閉反應釜中水熱反應12-24小時，反應溫度120-180℃，反應完成后用水洗滌至中性，最后將產物烘干，即得到納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料，其中Fe₂O₃的平均粒徑為10-500nm。?

劍麻作為一種生物質能源，具有來源豐富、可再生、易降解、無污染等優點，對環境保護和農業的可持續發展有長遠意義。劍麻炭做負極材料具有很好的循環穩定性，而三氧化二鐵做負極材料具有很高的理論比容量，本發明方法制備的復合材料充分發揮了兩者的協同效應，具有比容量高、循環穩定性好的特點。?

本發明采用劍麻纖維作為生物質原料制備劍麻炭，并通過與納米三氧化二鐵復合制備鋰離子電池負極材料，不僅極大地節約了生產成本，而且綠色環保，測試結果亦表明納米三氧化二鐵/劍麻炭復合材料具有優良的電化學性能，為鋰離子電池負極材料的制備提供了新途徑。?

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料的XRD圖。?

圖2為本發明實施例1制備的納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料的SEM圖。?

圖3為本發明實施例1制備的納米三氧化二鐵/劍麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)鋰離子電池復合負極材料的循環性能圖。?

具體實施方式

實施例1：?

（1）將劍麻纖維在氣體流量為40ml/min的氮氣氣氛下炭化1小時得劍麻纖維炭，炭化溫度為900℃，升溫速率為3℃/min，然后研磨成300目的劍麻炭粉末。