[發明專利]一種聚（3,4?乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610544687.4
• 申請日: 2016-07-12
• 公開（公告）號: CN106410126B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 洪振生;真義超;周凱強;賴蘭芳
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法與在制備鋰離子電池上的應用。

背景技術

鋰離子電池具有高電壓、高容量、循環壽命長等顯著優勢，當前已廣泛應用于移動電子設備、國防工業、電動汽車等領域。電極材料是鋰離子電池的核心部分，也是決定鋰離子電池性能的關鍵因素。傳統的石墨負極材料理論比容量為372 mAh/g，已不能滿足新一代高比容量鋰離子電池負極材料的需求。與傳統的石墨負極相比，過渡金屬氧化物擁有較高的理論容量和首次充放電容量。但是這些過渡金屬普通存在循環性能差的問題，限制了它們在鋰離子電池中的實際應用。本發明在較低溫度下，首次制備出聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆氧化鐵中空納米棒的復合納米材料，這種材料很好地解決了上述問題，表現出優異的循環穩定性，而目前還未有聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆氧化鐵中空納米棒的制備方法及其在鋰電池中的應用的相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法與應用，其操作簡便、成本低、純度高、性能優異，可大量合成，并具有良好的理論容量及優異的循環穩定性，可有效解決目前鋰離子負極材料存在的容量低、循環性能差等問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒，其制備方法包括以下步驟：

1）將0.01-0.02 mol三氯化鐵、200-500 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于5-15mL去離子水中，在65℃-85℃下攪拌反應4-6 h，反應物經去離子水洗滌3遍后干燥，再于350℃-550℃焙燒1-3h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將20-40 mg中空氧化鐵納米棒與15-35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40-60 mg過硫酸銨溶解在10-20 mL 0.05-0.15 mol/L的鹽酸中，在15℃-35℃下攪拌反應9-11 h，反應物經去離子水洗滌至中性并干燥。

所述聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒可作為負極材料用于制備鋰離子電池，其制備方法為：在充滿氬氣的手套箱里，將所得聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒與聚四氟乙烯、乙炔黑按質量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均勻地涂布在1.3 cm²的銅片上做負極，正極為金屬鋰，電解質是1 M LiPF₆的EC+DEC+DMC（EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v）溶液。

本發明的顯著優點在于：本發明首次提供了一種聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒及其制備方法，其操作簡便、成本低、純度高、性能優異，可以大量合成，并具有良好的理論容量及優異的循環穩定性，可作為負極材料用于制備鋰離子電池，有效解決了目前鋰離子負極材料存在的容量低、循環性能差等問題。

附圖說明

圖1為純氧化鐵中空納米棒的XRD圖。

圖2為純氧化鐵中空納米棒的SEM圖。

圖3為聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒的SEM圖。

圖4為純氧化鐵中空納米棒與聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒的循環曲線對比圖。

圖5為聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒的充電曲線。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。

實施例1

1）將0.01 mol三氯化鐵、300 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于10mL去離子水中，在70℃下攪拌反應4 h，反應物經去離子水洗滌3遍后干燥，再于400℃焙燒1h，得到中空氧化鐵納米棒；

2）將30 mg中空氧化鐵納米棒與20 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、50 mg過硫酸銨溶解在15 mL 0.10 mol/L的鹽酸中，在20℃下攪拌反應9 h，反應物經去離子水洗滌至中性并干燥，得到聚（3,4-乙烯二氧噻吩）包覆的氧化鐵中空納米棒。

圖1為純氧化鐵中空納米棒的XRD圖。從圖1可以看出，所制備的氧化鐵中空納米棒的衍射峰均與JCPDS標準卡片（PDF#87-1166）的衍射峰一致，說明其為純相的氧化鐵。