[發明專利]一種鎳鐵電池用核雙殼結構負極納米材料及其制備方法和應用有效
| 申請號： | 201710183272.3 | 申請日： | 2017-03-24 |
| 公開（公告）號： | CN106848256B | 公開（公告）日： | 2019-06-21 |
| 發明（設計）人： | 唐有根;李芳芳;王海燕;彭志光 | 申請（專利權）人： | 中南大學 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/52;H01M4/62;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114 | 代理人： | 袁靖 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 電池 用核雙殼 結構 負極 納米 材料 及其 制備 方法 應用 | ||
本發明公開了一種鎳鐵電池用核雙殼結構(Fe?Ni@Fe3O4@C)負極納米材料及其制備方法和應用。將鐵源、鎳源及有機絡合劑分別加入到有機溶劑中溶解，混合均勻后攪拌、加熱蒸干得到前驅體，之后在保護氣氛中經高溫燒結得到目標材料。所得材料為核雙殼結構的Fe?Ni@Fe3O4@C且具有較高的比表面積。Fe?Ni@Fe3O4@C作為鎳鐵電池負極材料，具有高的放電比容量和優異的循環穩定性能。該制備方法工藝流程短，操作簡單，易于實現工業化生產。
技術領域
本發明屬于高能電池材料技術領域，具體涉及一種高性能的具有核雙殼結構的鎳鐵電池鐵電極負極納米材料及其制備方法和應用。
背景技術
鎳鐵電池是一種有著廣泛用途的可充電電池。在美國，前蘇聯，瑞典，德國和日本，鎳鐵電池被充分地應用在各個方面。由于鐵資源豐富，成本低廉，環保無污染，近年來鎳鐵電池引起了研究者的廣泛關注。但是目前鎳鐵電池的研究還不夠完善，存在充放電效率低、自放電嚴重和容易鈍化等問題，嚴重制約了鎳鐵電池的性能，因此開發新型具有高性能的鐵電極材料是改善鎳鐵電池性能的重要途徑。
Fe3O4作為一種過渡金屬氧化物，具有環境友好，生產成本低廉，制備方法簡單，資源豐富，理論比容量高(926mAh g-1)等優點，應用前景廣闊，己經廣泛受到研究人員的關注，目前各種制備納米四氧化三鐵的方法已經被大量報道。研究發現，Fe3O4的放電容量和循環壽命與材料的合成方法及后續的熱處理過程密切相關。研究者開展了大量摻雜和表面包覆改性的研究，旨在進一步提高其電化學性能。Gan等[New Journal of Chemistry,38(2014),2428]通過無模板的水熱法成功制備了直徑為500nm的介孔Fe3O4@C亞微球。該材料作為鋰離子電池陽極材料表現出好的循環性能(在100mA g-1下，50次循環后放電比容量為930mAh g-1)和倍率性能(在1000mA g-1下，放電比容量為710mAh g-1)。Fan等[Journal ofMaterials Chemistry A 2(2014),14641]制備了具有核殼結構的碳包覆Fe3O4微球，碳殼約5-10nm厚。薄層碳殼可以避免Fe3O4直接暴露在電解質中，并保持球體的結構穩定性，抑制Fe3O4顆粒在充放電過程中的粉化和再團聚。Li等[Electrochimica Acta,178(2015),34]通過簡易共沉淀法合成了高性能的Fe3O4應用于鎳鐵電池，探索了溫度對結構和電化學性能的影響。結果表明退火溫度是改進Fe3O4電化學性能一個關鍵因素。700℃熱處理得到大量的多面體，比其他溫度下處理的樣品表現出更優異的電化學性能。Jiang等[RSC Advances,30(2014),15394]通過高溫固相反應在石墨烯片上生長FeOx納米復合材料。由于FeOx-石墨烯片相互作用具有良好的電化學活性和機械性能，該材料在鎳鐵電池中具有更好的倍率性能和循環穩定性能。
本發明設計了一步高溫熱解法，以鐵鹽為原料，以鎳鹽為鎳源，以檸檬酸為碳源，通過在惰性氣氛下燒結得到了具有核雙殼結構的Fe-Ni@Fe3O4@C復合材料。相比于原始的Fe3O4/C，該復合材料的可逆容量和循環穩定性能都得到了顯著提升，可以作為一種高性能的鎳鐵電池鐵電極材料。
發明內容
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