一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵鋰電池負極材料的制備方法
【專利說明】一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵鋰電池負極材料的制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于納米復合材料及其應用技術領域，具體涉及一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米鋰電池負極材料的制備方法。
【背景技術】
[0003]鋰離子電池因其優異的綜合性能受到各國研究工作者的廣泛重視，低初始不可逆容量、高循環性能是先進鋰離子電池負極材料的最基本要求。目前已商品化的負極材料絕大部分是碳素類材料，但因存在著比容量低、首次充放電效率低、有機溶劑共嵌入等不足，人們致力于開發新型的高比容量非碳基負極材料的研究。過渡金屬氧化物由于具有較高理論容量，價格低廉、環境友好等優點成為鋰離子電池負極材料關注的焦點。(參考文獻:P.Poizot， S.Laruelle， S.Grugeon， et al.Nano-sized transit1n—metal oxides asnegative-electrode materials for lithium-1on batteries.Nature2000，407，496-499; P.Poizot, S.Laruelle, S.Grugeon, et al.Nano-sized transit1n—metaloxides as negative-electrode materials for lithium-1on batteries.Nature2000，407，496-499; S.Mitra，P.Poizot , A.Finke，et a 1.Growth andElectrochemical Characterizat1n versus Lithium of Fe3〇4 Electrodes Made byElectrodeposit1n.Adv.Funct.Mater.2006, 16，2281-2287.)其中Fe2〇3由于具有高理論容量，價格便宜，高穩定性，對環境友好等特點，因此它作為潛在的鋰離子電池陽極材料吸引了大家的廣泛關注。但目前還存在著電導率低、倍率放電性能差、循環壽命短等問題。電極材料的納米化和結構功能化認為是解決這些問題的有效方法，同時納米電極材料的晶體結構、形貌及大小等對其電化學性能均有重要影響，此外，金屬摻雜也是一種能有效提高材料性能的方法，可提高材料導電性、改善材料表面電子分布。但是，現有合成方法得到的錫摻雜三氧化二鐵納米粒子多大都為聚集態，分散性較差，這就在很大程度上減小了納米化對電池性能的提高，不能完全體現納米電極材料的特性，而分級結構對納米材料性能影響的研究就更為少見。到目前為止，還沒有文獻和專利報道采用本文方法合成高分散、粒徑均一的棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米鋰電池負極材料的制備方法，使用該方法制備的棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子具有分散性好、比容量大、循環性能好、使用壽命長等特點。
[0005]本發明錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米鋰電池負極材料的制備方法包括如下步驟:
將100?200 mg無水三氯化鐵和100?200 mg四氯化錫，加入到一個帶有冷凝管的圓底燒瓶中，然后將燒瓶置于100 °C油浴中，在磁力攪拌下反應70?80 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫。得到的混合溶液進行離心分離，所得固體再用去離子水洗滌數次，沉淀在50?100 °C烘箱中烘干8?10 h，即得干燥棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。
[0006]本發明具有如下優點:
1.本發明合成方法簡單易行，采用一步水解法合成棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子，即縮短了反應步驟，又易于推廣。
[0007]2.本發明得到的棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子具有超好分散性，粒徑均勻，結構穩定。
[0008]3.使用本發明方法制備的錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米鋰電池負極材料具有容量大、循環性能好、使用壽命長等特點。
[0009]
【附圖說明】
[0010]圖1、為本發明制備的錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子的透射電鏡圖；
圖2、為本發明制備的錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子的掃描電鏡圖；
圖3、為本發明制備的錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子的首次充放電曲線；
圖4、為本發明制備的錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子的充放電循環曲線。
[0011]
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體實施例進一步闡述本發明，實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。
[0013]實施例1:
將120 mg無水三氯化鐵和120 mg四氯化錫，加入到100 mL帶有冷凝管的圓底燒瓶中，然后將燒瓶置于100 °C油浴中，在磁力攪拌下反應72 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫。得到的混合溶液進行離心分離，所得固體再用去離子水洗滌、超聲、并離心(8000 rpm, 10 min)，反復超作三次，沉淀在80 °C烘箱中烘干10 h，即得干燥棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。
[0014]
實施例2:
將150 mg無水三氯化鐵和150 mg四氯化錫，加入到100 mL帶有冷凝管的圓底燒瓶中，然后將燒瓶置于100 °C油浴中，在磁力攪拌下反應80 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫。得到的混合溶液進行離心分離，所得固體再用去離子水洗滌、超聲、并離心(9000 rpm,5 min)，反復超作三次，沉淀在100 °C烘箱中烘干8 h，即得干燥棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。
[0015]
實施例3:
將100 mg無水三氯化鐵和100 mg四氯化錫，加入到100 mL帶有冷凝管的圓底燒瓶中，然后將燒瓶置于100 °C油浴中，在磁力攪拌下反應75 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫。得到的混合溶液進行離心分離，所得固體再用去離子水洗滌、超聲、并離心(7000 rpmaO min)，反復超作三次，沉淀在60 °C烘箱中烘干9 h，即得干燥棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。
[0016]所述的制備出的棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子用于鋰離子電池。以合成的棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子為活性物質，乙炔黑為導電劑，聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結劑，氮甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑。電池的組裝過程為:將活性物質、導電劑、聚偏氟乙烯按80:10:10的重量比準確稱量，然后放入瑪瑙研缽中充分混合、研磨均勻，然后加入幾滴NMP，繼續研磨至均勻漿狀。將漿料均勻涂于已稱量過的銅箔上。然后在真空干燥箱中于120 °(:真空干燥12 h至恒重，30 MPa下壓片，再繼續干燥至少2 h，降到室溫后取出稱重。
[0017]我們用實驗半電池來測試合成材料的電化學性能，模擬電池的組裝在無水無氧、充有氬氣的手套箱中完成。將烘干的極片、電池殼和隔膜放入手套箱。以金屬鋰片為對電極，(^18&^240聚丙烯多孔膜做隔膜，1.0 mo I/L LiPF6的EC_DMC(體積比1:1)溶液做電解液，組裝成扣式CR2032模擬電池，進行充放電測試。
[00? 8]實驗表明所制備的錫慘雜二氧化一■鐵分級結構納米裡電池負極材料具有很尚的比容量和較好的循環性能。如圖3和4所示，在0.01-3.0 V電壓范圍內，在200 mA g—1電流下充放電，其首次放電容量為1210 mA h g—1，經100次循環后放電容量仍有1006 mAh g—1。
【主權項】
1.一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵鋰電池負極材料的制備方法，其特征是具體步驟如下: 將10?200 mg無水三氯化鐵和100?200 mg四氯化錫，加入到一個帶有冷凝管的圓底燒瓶中，然后將燒瓶置于100 °C油浴中，在磁力攪拌下反應70?80 h，反應完成后關掉加熱設備，一直攪拌到溶液冷卻至室溫，得到的混合溶液進行離心分離，所得固體再用去離子水洗滌數次，沉淀在50?100 °C烘箱中烘干8?10 h，即得干燥棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子。2.按照權利要求1所述的方法制備的棒狀錫摻雜三氧化二鐵鋰電池負極材料。
【專利摘要】本發明提供一種棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米鋰電池負極材料的制備方法。本發明以三氯化鐵和四氯化錫為原料，通過共水解法一步合成棒狀錫摻雜三氧化二鐵分級結構納米粒子，合成方法簡單，易于推廣。所得產品分散性好，且結構穩定，有利于獲得更高的容量，更好循環穩定性以及更長的使用壽命。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/525
【公開號】CN105609760
【申請號】CN201610011510
【發明人】李鹿, 王春剛, 蘇忠民, 李光哲, 謝海明
【申請人】東北師范大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月11日