[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710137659.5
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106816595B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 從懷萍;張寶林;辛森
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 盧敏;何梅生

1.一種鋰離子電池用氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料的制備方法，其特征在于：

所述鋰離子電池用氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料，是在納米梭形三氧化二鐵的外表面包覆二氧化硅層后作為前驅(qū)體，再在二氧化硅層外表面包覆一層導電聚吡咯，最后經(jīng)退火使聚吡咯碳化、經(jīng)刻蝕去除二氧化硅夾層，即獲得帶有夾層空隙結構的氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料；所述納米梭形三氧化二鐵的長軸長100～3000nm、短軸長50～1800nm，夾層空隙結構厚5～30nm，氮摻雜碳層為厚20～35nm的無定型石墨；在所述氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料中氮摻雜碳的質(zhì)量百分含量為34％～45％；

所述鋰離子電池用氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料的制備方法，包括如下步驟：

A、通過溶劑熱反應合成納米梭形三氧化二鐵：

將三氯化鐵與磷酸二氫鈉或次亞磷酸鈉加入水和乙醇的混合液中，獲得反應液；在所述反應液中三氯化鐵的濃度為0.015～0.02mol/L，磷酸二氫鈉或次亞磷酸鈉的濃度為0.1～0.5mmol/L；水和乙醇的混合液中，乙醇的體積百分數(shù)為0-50％；

將所述反應液加入反應釜中，98～105℃水熱反應48～168h，然后然冷卻至室溫后，離心、洗滌，即獲得納米梭形三氧化二鐵；

B、將50mg納米梭形三氧化二鐵分散在100mL～200mL由異丙醇和水按體積比4:1構成的混合液中，超聲攪拌10～60min，然后在攪拌條件下加入1～5mL氨水和0.1mL～0.6mL正硅酸四乙酯，繼續(xù)攪拌4～24h，離心、洗滌，即獲得梭形前驅(qū)體Fe₂O₃@SiO₂；

C、將步驟B所獲得的梭形前驅(qū)體Fe₂O₃@SiO₂分散在100mL乙醇中，然后加入0.5g～3.2g高分子表面活性劑，攪拌12～48h，離心、洗滌，即完成高分子表面活性劑修飾；

將修飾后梭形前驅(qū)體Fe₂O₃@SiO₂分散于25mL去離子水中，然后加入0.18～0.3mL吡咯單體，超聲30min，再在攪拌條件下逐滴加入25mL濃度為15～27mmol/L的引發(fā)劑溶液，最后聚合反應4～12h，離心、洗滌、干燥，即獲得Fe₂O₃@SiO₂@Ppy；

D、將所述Fe₂O₃@SiO₂@Ppy置于惰性氣體氛圍中，以2℃-5℃/min的升溫速率升溫至550℃-650℃，退火2～4h，使聚吡咯碳化，獲得Fe₂O₃@SiO₂@C；

E、將所述Fe₂O₃@SiO₂@C放入堿性溶液中進行刻蝕，以去除SiO₂，即獲得帶有夾層空隙結構的氮摻雜碳包覆三氧化二鐵負極材料Fe₂O₃@C。

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述高分子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸胺、羥乙基纖維素和聚氧乙烯類共聚物中的至少一種。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述引發(fā)劑為過硫酸銨、三氯化鐵、雙氧水、重鉻酸鉀和碘酸鉀中的至少一種。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟E所述的堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。