层状多孔氧化铁电极材料及其制备方法、锂离子电池电极片及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种层状多孔氧化铁电极材料及其制备方法、锂离子电池电极片及其制备方法和锂离子电池，该制备方法包括：1)将铁盐、沉淀剂与溶剂混合以制得铁盐溶液；2)将导向剂与溶剂混合以制得导向剂溶液；3)将铁盐溶液、导向剂溶液进行混合，接着进行水热反应，然后将反应体系冷却、收集反应体系内的固体产物并洗涤，最后将固体产物进行干燥以制得前驱体；4)将前驱体煅烧以制得层状多孔氧化铁电极材料。通过该方法制得的状多孔氧化铁电极材料具有优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的特点。

【技术实现步骤摘要】
层状多孔氧化铁电极材料及其制备方法、锂离子电池电极片及其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及电极材料，具体地，涉及层状多孔氧化铁电极材料及其制备方法、锂离子电池电极片及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有无记忆效应、自放电率低、额定电压高、循环性能好以及轻便等优点，被广泛应用在生产生活中。1991年索尼公司推出了第一款商业化锂离子电池，这种电池以钴酸锂为正极材料，石墨为负极材料。就负极材料而言，石墨一直沿用至今。但是它也存在一系列缺点，例如理论容量低(372mAh/g)、倍率性能差以及充放电平台低等，这在一定程度上也限制了锂离子电池的进一步发展。近年来，过渡金属氧化物负极材料因其理论容量高，充放电平台高，低污染而受到了越来越多的关注。作为锂离子电池的负极材料，氧化铁的理论容量(1003mAh/g)是商业石墨负极的两倍多。同时，制备氧化铁的原料来源丰富，且氧化铁本身绿色无毒，也符合绿色能源、清洁能源的发展方向。但是现有的作为电极材料的氧化铁存在如下缺陷：从氧化铁本身来看，由于氧化铁是一种半导体，其不高的电导率导致了较低的倍率性能；从形貌上来看，一般的氧化铁材料没有稳固的结构，这就导致了在后续充放电过程中材料的体积效应过大，从而结构坍塌，循环性能不好；另外，电解液难以浸润尺寸较大的氧化铁，这也导致了氧化铁的性能难以提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种层状多孔氧化铁电极材料及其制备方法、锂离子电池电极片及其制备方法和锂离子电池，通过该方法制得的状多孔氧化铁电极材料具有优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的特点，从而使得该状多孔氧化铁电极材料能够胜任作为电池电极片的制备原料，另外，层状多孔氧化铁电极材料以及电池电极片的制备方法均具有工序简单、原料廉价易得且符合环保的理念，进而使得该电池电极片能够广泛地应用于锂离子电池中。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种层状多孔氧化铁电极材料的制备方法，该制备方法包括：1)将铁盐、沉淀剂与溶剂混合以制得铁盐溶液；2)将导向剂与溶剂混合以制得导向剂溶液；3)将铁盐溶液、导向剂溶液进行混合，接着进行水热反应，然后将反应体系冷却、收集反应体系内的固体产物并洗涤，最后将固体产物进行干燥以制得前驱体；4)将前驱体煅烧以制得层状多孔氧化铁电极材料。本专利技术提供了一种层状多孔氧化铁电极材料，该层状多孔氧化铁电极材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术还提供了一种锂离子电池电极片，该锂离子电池电极片包括金属载片和涂覆层，其中，涂覆层由粘合剂、超级P-Li导电炭黑和上述层状多孔氧化铁电极材料组成。本专利技术进一步提供了一种上述锂离子电池电极片的制备方法，将粘合剂、超级P-Li导电炭黑和层状多孔氧化铁电极材料研磨混匀以制得均匀浆料，接着将均匀浆料涂覆于金属载片上，然后烘干，压实以制得锂离子电池电极片。本专利技术更进一步提供了一种锂离子电池，该锂离子电池的工作电极为上述锂离子电池电极片。在上述技术方案中，本专利技术以铁盐为铁源，同时在沉淀剂以及导向剂的存在下借助水热法合成了前驱体，然后通过后续煅烧得到最终产物——层状多孔的氧化铁。与现有技术相比，本专利技术制备的层状多孔氧化铁电极材料由片堆叠而成，具有多孔结构，有利于电解液的渗透和扩散，同时便于锂离子的传输；该材料具有较高的比容量，在0.2C(200mA/g)倍率下首次放电比容量高达1238.5mAh/g，在2C(2000mA/g)的大电流下充放电循环390次，仍有644.3mAh/g的比容量。本专利技术提供的制备方法获得的材料尺寸在0.5-2微米之间，而且该方法所需的原料价廉易得，且产物无毒环保。由此可见，本专利技术提供的层状多孔氧化铁电极材料完全能够作为锂离子电池的电极材料使用。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中A1的SEM图；图2是检测例1中A2的SEM图；图3是检测例1中A3的SEM图；图3是检测例1中A3的SEM图；图4是检测例1中A4的SEM图；图5是检测例1中A5的SEM图；图6是检测例1中A6的SEM图；图7是检测例1中A7的SEM图；图8是检测例1中A8的SEM图；图9是检测例1中A9的SEM图；图10是检测例1中A10的SEM图；图11是检测例1中A11的SEM图；图12是检测例1中A12的SEM图；图13是检测例1中A13的SEM图；图14是检测例1中A12的XRD图；图15是检测例1中A13的XRD图；图16是应用例1中A12组装的扣式电池的电压-比电容充放电曲线图；图17是应用例1中A12组装的扣式电池的循环次数-比电容充放电曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种层状多孔氧化铁电极材料的制备方法，该制备方法包括：1)将铁盐、沉淀剂与溶剂混合以制得铁盐溶液；2)将导向剂与溶剂混合以制得导向剂溶液；3)将铁盐溶液、导向剂溶液进行混合，接着进行水热反应，然后将反应体系冷却、收集反应体系内的固体产物并洗涤，最后将固体产物进行干燥以制得前驱体；4)将前驱体煅烧以制得层状多孔氧化铁电极材料。在本专利技术的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，优选地，在步骤1)中，相对于20mL的溶剂，沉淀剂的用量为1.5g以下；并且铁盐溶液中铁盐的浓度为0.01-1.0mol/L；更优选地，铁盐溶液中铁盐的浓度为0.02-0.3mol/L。在本专利技术的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，优选地，在步骤2)中，相对于20mL的溶剂，导向剂的用量为10g以下；更优选地，相对于20mL的溶剂，导向剂的用量为3g以下。在本专利技术的步骤3)中，铁盐溶液与导向剂溶液的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，优选地，在步骤3)中，铁盐溶液与导向剂溶液体积比为1：0.9-1.1。在本专利技术中，铁盐的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，优选地，铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁、氯化铁和硝酸铁中的至少一者，更优选硫酸亚铁。在本专利技术中，沉淀剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，更优选地，沉淀剂选自尿素、六亚甲基四胺、氨水和氢氧化钠中的至少一者。在本专利技术中，导向剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容量、长循环寿命和绿色无毒的性能，优选地，导向剂选自明胶、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素和卡拉胶中的至少一者。在本专利技术的步骤1)和/或步骤2)中，混合的具体方式可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的层状多孔氧化铁电极材料具有更优异的比容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状多孔氧化铁电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)将铁盐、沉淀剂与溶剂混合以制得铁盐溶液；2)将导向剂与溶剂混合以制得导向剂溶液；3)将所述铁盐溶液、导向剂溶液进行混合，接着进行水热反应，然后将反应体系冷却、收集反应体系内的固体产物并洗涤，最后将所述固体产物进行干燥以制得前驱体；4)将所述前驱体煅烧以制得所述层状多孔氧化铁电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种层状多孔氧化铁电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)将铁盐、沉淀剂与溶剂混合以制得铁盐溶液；2)将导向剂与溶剂混合以制得导向剂溶液；3)将所述铁盐溶液、导向剂溶液进行混合，接着进行水热反应，然后将反应体系冷却、收集反应体系内的固体产物并洗涤，最后将所述固体产物进行干燥以制得前驱体；4)将所述前驱体煅烧以制得所述层状多孔氧化铁电极材料。2.根据权利要求1的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于20mL的所述溶剂，所述沉淀剂的用量为1.5g以下；并且所述铁盐溶液中铁盐的浓度为0.01-1.0mol/L；优选地，所述铁盐溶液中铁盐的浓度为0.02-0.3mol/L。3.根据权利要求1的制备方法，其中，在步骤2)中，相对于20mL的所述溶剂，所述导向剂的用量为10g以下；优选地，相对于20mL的所述溶剂，所述导向剂的用量为3g以下。4.根据权利要求1-3中任意一项的制备方法，其中，在步骤3)中，所述铁盐溶液与导向剂溶液体积比为1：0.9-1.1；优选地，所述铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁、氯化铁和硝酸铁中的至少一者，优选硫酸亚铁；更优选地，所述沉淀剂选自尿素、六亚甲基四胺、氨水和氢氧化钠中的至少一者；进一步优选地，所述导向剂选自明胶、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素钠和卡拉胶中的至少一者；更进一步优选地，在步骤1)和/或步骤2)中，所述混合采用超声震荡的方式进行，优选超声震荡的时间为1-3min；再更进一步优选地，在步骤1)和/或步骤2)中，所述溶剂为极性溶剂，优选去离子水。5.根据权利要求4的制备方法，其中，在步骤3)中，所述水热反应至少满足以下条件：反应温度为100-180℃，反应时间为5-24h；更优选地，在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，杜浩然，耿竞，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34