原位四氧化三铁‑碳核壳纳米颗粒的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107069031A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201610977834.7(22)申请日2016.11.08(71)申请人天津理工大学地址300384天津市西青区宾水西道391号天津理工大学主校区(72)发明人安翠华高振丁轶刘喜正(74)专利代理机构天津佳盟知识产权代理有限公司12002代理人侯力(51)Int.Cl.H01M4/52(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的制备方法及其应用(57)摘要一种原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的制备方法，步骤是：将一定浓度的金属铁盐和亚氨基二乙酸的水溶液置于反应釜中，在一定温度下反应一定时间，生成前驱体Fe-IDA；洗涤、干燥后置于氩气保护的管式炉中，在一定温度下进行退火实验，得到负极材料四氧化三铁-碳；将正极、负极、隔膜置于纽扣电池中，加入一定浓度的六氟磷酸锂溶液作为电解液，封装后得到锂离子电池。本发明采用原位合成的方法实现了碳包覆，解决了制备时间长、成本高、电子电导率低、复合材料孔隙率低等问题。本发明组装的新型锂离子电池充放电性能优异，并且具有较好的循环稳定性，应用范围宽。CN107069031ACN107069031A权利要求书1/1页1.一种原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1)将摩尔比为(1-3):1的金属铁盐和亚氨基二乙酸加入超纯水中，配置金属铁盐水溶液的浓度为0.03-0.5mol/L，在不断搅拌直至完全溶解，得到混合液，所述金属铁盐为硫酸亚铁铵或氯化铁；2)将上述混合液转移到反应釜中，将反应釜置于鼓风干燥箱中在140-180℃下保温6-18小时，然后降至室温，得到前驱体Fe-IDA，将产物分别用水和乙醇洗涤干燥备用；3)将上述前驱体Fe-IDA置于管式炉中，以2-10℃/min升温速率加热至400-600℃并保温1-5小时，得到原位合成的四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒。2.一种权利要求1所制备的原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的应用，其特征在于用于纽扣锂离子电池的制备，具体步骤如下：所述纽扣锂离子电池包括正极、负极和电解液，以金属锂片作为正极；将Fe3O4@C、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照质量比为85:10:5的比例调成浆液，涂覆于铜箔上，干燥后作为负极；将正极和负极以及GlassFiber隔膜放置于纽扣电池中，加入电解液，所述电解液为1mol/L的六氟磷酸锂溶解在碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂中，上述两种混合溶剂的体积比为1:1，封装后得到锂离子电池。2CN107069031A说明书1/3页原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及一种原位四氧化三铁-碳核壳纳米颗粒的制备方法及其应用，属于电池和电化学技术领域。背景技术[0002]电极材料是锂离子电池体系的核心，其中负极材料更是提高锂离子电池能量及循环寿命的重要因素。目前，商业化使用的负极材料大多为石墨负极材料。但是该类负极材料实际放电比容量已经接近其理论值，无法满足新一代锂离子电池的需求。在寻找石墨替代物的过程中，一些过渡金属氧化物因其具有较高的理论容量、安全性好、成本低而引起了研究者们的广泛关注。然而，这类过渡金属氧化物材料往往电子电导率较低，且其充放电过程伴随着较大的体积变化，因此容量衰减较快、倍率性能较差。构建纳米多孔结构的过渡金属氧化物/碳复合材料可以极大的改善其电化学性能，克服其内在缺点。但是，目前合成具有多级结构的多孔过渡金属氧化物/碳复合材料往往采用非原位的合成方法，即首先合成出过渡金属氧化物，随后加入碳源进行处理，得到复合材料。因而存在制备时间长、成本高、复合材料的孔隙率低等问题而限制了商业化生产。[0003]现有技术中，CN103241777A公开了一种碳材料、碳-四氧化三铁复合材料的制备方法，该方法以氯化聚氯乙烯作为合成碳材料或碳-铁化合物复合材料的碳源材料，在铁化合物的快速催化下，在燃烧反应过程中氯化聚氯乙烯进行脱氯化氢和交联作用，合成碳-四氧化三铁复合材料或碳材料。该专利中在燃烧反应过程中释放出大量的氯化氢，并且使用到了有机溶剂四氢呋喃，但氯化氢是剧毒物质，四氢呋喃是低毒物质，在材料制备过程中对操作人员身体健康造成极大危害，对厂区周边空气和土壤造成严重污染，不利于环保。[0004]CN103117388A公开了碳包覆四氧化三铁及其制备方法和在锂离子电池中的应用，该方法将Fe2O3在Ar气氛下于高温下通过乙炔气进行Fe2O3的还原和碳包覆，即可得到碳包覆Fe3O4复合材料。该专利中采用两步的方法合成碳包覆的材料，步骤繁琐、成本高，不适合大规