[發明專利]一種Se摻雜玉米狀Fe3

有效

• 申請號: 202011039345.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112357965B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 侯莉;鄧碩壘;姜洋;梁文靜;郭園園;高發明
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;C01B32/05;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張明月

本發明公開了一種Se摻雜玉米狀Fe₃O₄/C負極材料的制備方法，首先通過水熱法合成MIL?88A，隨后在氮氣保護下在500～600℃的條件下將其碳化，生成Fe/C復合物，然后把Fe/C復合物、水合肼和硒粉在75～95℃的溫度下攪拌10～30min，將Se摻雜進碳的同時將內部的Fe元素置換到表面，隨后在氮氣保護下于500～700℃的條件下將其晶化，從而生成Se摻雜的玉米狀Fe₃O₄/C復合材料，用于鋰離子電池中能夠明顯提高電化學性能，本發明合成工藝簡單，反應條件溫和，重復性高，而且制得的Se摻雜的玉米狀Fe₃O₄具有高質量比容量，這對鐵基氧化物材料在鋰離子電池領域中的進一步的發展具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種Se摻雜玉米狀Fe₃O₄/C負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

近年來，隨著便攜式電子產品，儲能設備和電動/混合動力汽車的發展，具有高能量密度，長循環壽命和環境相容性的鋰離子電池(LIBs)成為最重要的儲能和能量轉換設備。為了滿足社會對鋰離子電池的更高要求，例如更低的成本和更高的性能，越來越多的人正在探索優于商用石墨的新型負極材料。Fe₃O₄由于其926mAhg^-1的高理論容量(約為商用石墨陽極的2.5倍)，低價格和環境友好性，已成為LIBs最有希望的陽極材料之一。但是，它在LIBs中的實際應用仍然存在一些不容忽視的問題，例如在充電和放電過程中的聚集，低電導率和大的體積變化(約200％)，從而導致較差的穩定性和速率性能。對于實際應用，這些問題迫切需要解決，以提高Fe₃O₄基負極材料的電化學性能。

在這些解決方案中，將納米尺寸的Fe₃O₄與導電碳材料集成在一起已被證明是一種有效的解決方案，一方面可以防止Fe₃O₄納米粒子團聚，而且還可以促進陽極材料中的電子傳輸。根據以前的報道，已經制備了各種Fe₃O₄/C復合結構，包括納米環，納米薄片，納米管和納米球等，以達到改善電化學性能如結構穩定性和反應動力學的目的。例如，Li等通過簡單的“軟模板”方法，將多個Fe₃O₄納米粒子嵌入到N摻雜的層狀多孔碳納米球中(YongshengLi,et al.ACS Sustainable Chem.Eng,7(2019):3424-3433)。制備的復合陽極表現出優異的比容量(1Ag^-1下為581mAhg^-1，400個循環)，良好的循環穩定性和倍率性能。CN108428877A基于檸檬酸鹽的多羥基結構特征，從分子尺度設計以檸檬酸鐵螯合物為前驅體，碳化得到Fe₃O₄彌散分布于多孔碳骨架中的原位Fe₃O₄@C復合多孔鋰離子電池負極材料。在經歷5次循環后仍然有800mAhg^-1的質量比容量。然而，這些報道的Fe₃O₄基材料循環次數較少且在大電流時的表現還不盡如人意，不能夠滿足當前社會的需求。所以尋求一種合成工藝簡單，反應條件溫和，高導電性，具有高質量比容量的Fe₃O₄的制備方法具有重要意義。

發明內容