[发明专利]一种α-Fe2

说明书

一种α‑Fe₂O₃树枝状单晶材料及其锂电池电极制备方法；将一定量K₃[Fe(CN)₆]溶解在去离子水中，在常温下搅拌至澄清溶液后，转移水热釜中，在180～200℃下水热处理6～12h；将所得产物用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，后放入110℃烘箱干燥12h得到α‑Fe₂O₃树枝状单晶材料；将所制备的α‑Fe₂O₃树枝状单晶、乙炔黑、CMC按一定质量比称取，加入适量去离子水搅拌10h；将搅拌好的电极浆料均匀粘附在泡沫镍上后，在80℃烘箱干燥12h，即得到粘有活性物质的泡沫镍电极。采用单一原料通过简单的水热法合成三维的α‑Fe₂O₃树枝状单晶材料，并将其作为负极材料引入锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂电池应用领域，特别涉及一种α-Fe₂O₃树枝状单晶材料及其锂电池电极制备方法。

背景技术

随着现代经济的快速发展，石油、煤炭和天然气等化石原料被过度消耗，环境污染加重及全球气候变暖加剧，已广泛开发风能、太阳能和地热能等新能源系统。但这些可再生能源存在能量不稳定等问题，迫切需要寻求高容量、低成本及环境友好的能源存储系统。锂离子电池(LIBs)作为分散式独立储能系统具有电极电势极低、能量密度大、倍率电容高、低成本寿命长等优点。锂离子电池自1991年商业化以来，商业电池负极材料主要由石墨组成，虽然石墨负极制造工艺成熟、价格低廉，但理论容量仅为372mAh/g，已经无法满足现代高性能储能设备的需求，急需开发高性能的电极材料。氧化铁(Fe₂O₃)因其储量丰富、价格低廉、理论容量高(1007mAh/g)无毒等优点而受到广泛关注。然而，Fe₂O₃材料存在本身导电性能差、体积膨胀引起的循环性能不稳定和倍率性能低等问题。

众多研究显示，改变材料的微观结构、扩大比表面积和形成多孔结构能够有效缓解Fe₂O₃材料体积膨胀。以此为依据，研究者们合成了许多不同结构的Fe₂O₃材料，如：0维(粒子)、1维(棒、线、管)、2维(薄膜、片)、3维(花、树枝晶、球)等结构扩大比表面积缓解Fe₂O₃材料体积膨胀引起的循环性能不稳定和倍率性能低等问题。Sun等利用菠菜汁的生物分子作为生物模板和碳源，合成碳包覆的多孔Fe₂O₃纳米棒，在100mA/g的电流密度下经过100次循环比容量保持在581mAh/g。Xiang等以三氯化铁为原料合成直径为90nm，长度约300-400nm的Fe₂O₃纳米管，可有效提高电池的循环性能。Min等通过混合溶剂热法制备Cu掺杂的Fe₂O₃微球，在100Am/g的电流密度下经过120次循环比容量由初始的1287mAh/g先降低后增加稳定在665mAh/g。Zhao等通过原位静电纺丝和碳化法合成Fe₂O₃/rGO/CNFs纳米纤维，初始容量接近1400mAh/g，在100mA/g的电流密度下经过150次循环后比容量为811mAh/g。由此可见，调整材料微观结构与扩大比表面积能有效地改善电极体积膨胀和循环稳定性，但是还存在导电性差、过程繁琐、可控性差、成本高等问题。