[發明專利]表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料及其制備方法和在電池中的應用

在審

• 申請號: 202110312908.6
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113184918A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉金云;朱夢菲;趙蒙蒙;王相;鄧琳;韓闐俐
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01B32/00;B82Y40/00;B82Y30/00;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料及其制備方法和在電池中的應用，制備方法為：首先對有機碳材料進行碳化預處理，然后加入鐵鹽、鈷鹽，NH₄F和尿素和異丙醇混合水溶液中進行反應得到。與現有技術相比，本發明中荷葉價格低廉，容易獲得；鈷酸鐵和荷葉的復合材料使電池的循環穩定性大大提高，使用壽命提高，容量增大，大大提高了電池的容量和循環穩定性，減少了充放電過程中的活性物質的損失，從而提高了負極材料的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池復合材料技術領域，具體涉及一種由表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料及其制備方法以及利用其制備的自支撐鋰離子電池負極及鋰離子電池。

背景技術

當今世界，人類社會發展日益加速，社會的發展同時對能源的需求和使用也大幅提高。如今能源問題已經成為世界人民關注的焦點。20世紀50年代以后，由于石油危機的爆發，對世界經濟造成巨大影響。21世紀以來，全球能源危機和環境問題日益嚴重，人類需要減少對化石燃料的依賴，因此大力發展環境友好的新能源和高效儲能系統迫在眉睫。隨著能源消耗的增加和全球氣候變暖，一種高能量密度、低成本、無污染、使用壽命長的新型儲能系統——鋰離子二次電池應運而生。

綜合起來看，鋰離子電池具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小，而且沒有記憶效應、工作溫度范圍寬、循環性能優越、可快速充放電、充電效率高、輸出功率大、使用壽命長、不含有毒有害物質等相當多的優點。

目前，鋰離子電池還存在一些需要解決的問題：比如，(1)鋰原電池均存在安全性差，有發生爆炸的危險；(2)鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差；(3)鋰子電池均需保護線路，防止電池被過充電過放電；(4)生產要求條件高，成本高；(5)目前商業化鋰離子電池實際比容量均小于200mAh/g、比能量均小于300Wh/kg，嚴重制約電動汽車、電子產品、智能電網等行業的發展。上述的問題限制著鋰離子電池的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料，復合材料圓片并且表面生長了鈷酸鐵納米簇。

本發明另一目的在于提供一種表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料的制備方法，利用溶劑熱法初步合成了表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料，再煅燒，獲得表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料。

本發明還提供了一種表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料的應用，用于制作鋰離子電池。

本發明具體技術方案如下：

表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將有機碳材料碳化處理；

2)將鐵鹽、鈷鹽、氟化銨、尿素、水、步驟1)處理后的荷葉和異丙醇混勻，進行水熱反應，產物煅燒，得到表面生長鈷酸鐵納米簇的荷葉仿生結構復合材料。

步驟1)所述碳化處理是指：進行煅燒；

進一步的，將有機碳材料用水沖洗干凈，烘干后再煅燒；

優選的，將新鮮的碳材料曬干后進行沖洗。

步驟1)所述的有機碳材料包括但不限于荷葉或竹葉。

進一步的，步驟1)所述烘干后，根據需要裁切再煅燒。優選的，裁剪成小圓片煅燒，由于組裝紐扣電池的電極片就是小圓片，裁剪為圓片裝入紐扣電池里面，按照電極片固定的大小規格裁剪。所述小圓片的直徑為16毫米。

進一步的，步驟1)中，所述荷葉來自商業購買，將荷葉用去離子沖洗干凈。

步驟1)中所述煅燒溫度為600-700℃，煅燒時間為2-3小時；

所述煅燒是指置于管式爐中煅燒；煅燒中保護氣為氮氣或氬氣。