[发明专利]三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电池技术领域，公开了一种三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括：步骤a：将碳布置于浓硫酸与浓硝酸的混合强酸中，并进行回流反应，冲洗干燥后得到第一碳布；步骤b：将所述第一碳布先在海藻酸钠水溶液中润湿并将其干燥，之后再在可溶性铁盐溶液中润湿，再将其干燥后得到第二碳布；步骤c：将所述第二碳布重复步骤二5～15次得到第三碳布；步骤d：将所述第三碳布进行水热反应，得到三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料。该方法解决了现有技术复杂而且不易大面积生产的技术问题，在简化工艺的同时又可以获得结构均匀且性能优良的三氧化二铁/碳纳米材料。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展与进步，人们对于便携式电子设备、新能源电动汽车等的需求量也越来越大，然而目前商业化的锂离子电池负极材料石墨，其理论容量仅为372mAh g^-1，已远不能满足市场对高容量锂离子二次电池的需求，因此研究学者极力去寻找具有较高容量和优秀循环稳定性能的新型负极材料。该类新型负极材料将同时包括以下几个优点：(1)具有较高的理论比容量；(2)安全性能高；(3)能够快速充放电且放电平稳；(4)在自然界的储量丰富，并且使用成本更低等。过渡金属氧化物正是因为具备了这一系列明显的优势而引起科研学者极大的研究兴趣。Fe_xO_y作为过渡金属氧化物的代表，它除了具有上述优点外还具有以下特点：(1)铁的价态较多，氧化还原的活性也更高。(2)相比于其它过渡金属氧化物，铁的氧化物安全无毒，环境友好等。因此，Fe_xO_y是极具有发展前景的锂离子电池负极材料，但同时它也面临着巨大的挑战，目前限制Fe_xO_y在锂离子电池方面应用主要有以下几个原因：(1)自身的导电性不好；(2)在充放电过程中较大的体积膨胀带来的机械应力会使结构发生坍塌；(3)在铁的氧化物中锂离子的固相扩散能力差，电化学反应效率低；(4)锂还原铁的氧化物的逆反应是热力学不利的反应。

为了解决以上这些问题，研究学者通过各种手段来努力提高其电化学性能，其中最主要的方式是将Fe_xO_y与碳材料进行复合，在增加复合材料导电性的同时又可以有效的缓和Fe_xO_y的在充放电过程中的体积膨胀产生的机械应力，从而提高电极材料的电化学性能。

而一直以来高性能的三氧化二铁/碳复合纳米材料的制备都是比较复杂而且不易大面积生产的。因此对于如何简化工艺，同时又可以获得结构均匀且性能优良的三氧化二铁/碳复合纳米材料仍是一个难题。

发明内容

本发明公开了一种三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料、制备方法及其应用，解决了现有的三氧化二铁/碳复合纳米材料的制备方法复杂而且不易大面积生产的技术问题，在简化工艺的同时又可以获得结构均匀且性能优良的三氧化二铁/碳复合纳米材料。

本发明提供了一种三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：将碳布置于浓硫酸与浓硝酸的混合强酸中，并进行回流反应，冲洗干燥后得到第一碳布；

步骤b：将所述第一碳布先在海藻酸钠溶液中润湿并将其干燥，之后再在可溶性铁盐溶液中润湿，再将其干燥后得到第二碳布；

步骤c：将所述第二碳布进行水热反应，得到三氧化二铁/碳锂离子电池负极材料。

需要说明的是，将碳布置于浓硫酸与浓硝酸的混合强酸中可以除去碳布表面的有机脂质类的组织，有利于纳米颗粒的生长。将第一碳布先后在海藻酸钠和三氯化铁的溶液浸润，发生络合反应从而产生有机配体-金属离子-有机配体的鳌合物，浸润后进行干燥可有助于络合反应的充分进行。

需要说明的是，步骤b中所述海藻酸钠溶液与所述可溶性铁盐溶液的溶剂均为去离子水。