一种蚕沙掺锡铁电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种蚕沙掺锡铁电池负极材料及其制备方法，包括以下步骤：将锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液；将蚕沙干燥去除杂质；将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中搅拌形成均匀浆料；将浆料放入烘箱中烘干；将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，进行第一次球磨；将球磨后的材料放入管式炉中碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑再研磨得到负极材料；本方法使用的蚕沙十分适于制作成电池电极材料等储能材料，这种结构适合掺杂，能够保证掺杂后电极的循环稳定性；本方法向蚕沙中掺入铁、锡元素，能将材料的比容量提升到500mAh/g，库伦效率为96％，充电容量保持在首次的65％。

【技术实现步骤摘要】
一种蚕沙掺锡铁电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂电池制备
以及新能源储能领域，具体涉及一种使用蚕沙作为碳源再掺入锡、铁元素制备的锂电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
在能量存储领域，碳材料的理论比容量为372mAh/g，作为电池来说，这个容量比较小，因此需要提升其比容量。通常的做法是向碳材料中加入比容量较高的金属元素，如锡。由于电池循环充放电的过程中，金属体积膨胀，破坏电极结构，所以电池稳定性不佳。本方法制备多孔碳材为金属的膨胀提供了缓冲空间，提高了电池的循环性能。锂电池作为一种成熟的电池，在生活中已经得到了广泛的应用，拥有很广的市场。对锂电池的电极通常是碳基材料。向碳基材料中掺杂提高性能是一种常见做法。为了给电池工作过程中的锂、掺杂物质的膨胀留有缓冲空间以避免电池结构被破环，锂电池通常采用多孔、化学及物理稳定、导电性能优异的碳材作为电极材料，同时多孔结构也利于掺杂。种桑养蚕是中国传统农业生产模式的一种，为中国经济发展做出了一定贡献。然而在这个过程中，家蚕的粪便，即蚕沙，往往是被当作废物给处理掉了，若处理不当，也会对环境造成轻微污染。蚕沙这种材料，是由天然桑叶经过蚕的消化、加工而成的一种具有微米级结构的多孔材料，适合作为锂电池的负极材料的碳基，并且其具有成本低、易获取的特点。电池负极材料中掺杂不活泼的金属元素，如铁，可以减轻电极由于体积变化产生的机械压力，增强材料的机械性能，使得电极结构更加稳定，提高其循环性能；添加金属元素也能增强电极导电性能。为了提高材料的容量，材料中添加了高容量的锡元素(锡的理论容量为992mAh/g)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发出一种使用蚕沙作为碳源再掺入锡、铁元素制备锂电池负极材料的方法。这种方法不仅能够解决废物循环利用上的问题，还可以有效地降低锂电池生产成本，带来经济效益。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将配置的锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液并搅拌；(2)将蚕沙干燥去除杂质；(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中1-5h，搅拌形成均匀浆料；(4)将浆料放入烘箱中烘干；(5)将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，之后进行第一次球磨；(6)将第一次球磨后的材料放入通氮气的管式炉中，进行碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑，以二次球磨后的材料：粘结剂：导电炭黑的质量比为8：1：1混合，再研磨，得到负极材料。上述的使用蚕沙为碳源制作锂电池负极材料的蚕沙来自四川、苏杭等地区。其来源稳定，碳化后的孔隙率高于一般碳材。作为优选方式，所述铁源为氯化亚铁或氯化铁。作为优选方式，所述锡源为氧化锡、氯化亚锡、四氯化锡其中的一种。作为优选方式，步骤(3)蚕沙与所述锡铁混合溶液的质量比为1:(1-8)。作为优选方式，铁源溶液的浓度为0.1-0.5摩尔/升，锡源溶液的浓度为0.3-0.7摩尔/升。作为优选方式，步骤(1)中锡源水溶液、铁源水溶液与另外加入的水的体积比满足x:y:1-x-y，0.1<x<0.5，0.1<y<0.5，搅拌时间为1-5h。作为优选方式，步骤(4)浆料放入烘箱中，设置烘箱温度70-90℃，烘干12-18h。作为优选方式，步骤(5)烘干后的浆料在管式炉中烧制时，温度为250-400℃，时间2-5h，然后置于球磨机中球磨12-24h。作为优选方式，步骤(6)碳化在700-1000℃下进行，碳化时通入氮气，持续2-5h；然后置于球磨机中进行二次球磨的时间为12-24h。作为优选方式，步骤(1)中溶解铁源以及铁源的水采用的是去离子水，温度为20-60℃。作为优选方式，步骤(3)中向锡铁混合溶液加入蚕沙后使用磁力搅拌机进行搅拌，搅拌速度设定为750-1500rpm。作为优选方式，步骤(5)使用球磨机对烘干的浆料进行第一次球磨时，磨球、浆料以及剩余空间的体积比为1:1:1。作为优选方式，步骤(6)加入的粘结剂为PVDF。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种上述制备方法得到的蚕沙掺锡铁电池负极材料。本专利技术为一种使用蚕沙作为碳源再掺入锡、铁元素制备锂电池负极材料的方法，与现有的使用碳材制作锂电池负极材料的方法相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本方法使用的碳源为蚕沙，其来源稳定，原料丰富、易得，能降低锂电池负极材料的制作成本。同时，这也是一种对农业废物的回收，能够减轻环境污染，降低废渣处理的压力，变废为宝，产生经济效益，符合绿色发展模式。2、本方法使用的蚕沙具有多孔的结构，十分适于制作成电池电极材料等储能材料。其次这种结构还是一种适合掺杂的结构，能够保证掺杂后电极的循环稳定性。3、本方法向蚕沙中掺入铁、锡元素，能将材料的比容量提升到500mAh/g，库伦效率为96％，充电容量保持在首次的65％。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。实施例1一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将配置好的锡源水溶液与铁源水溶液混合在温度为20℃的去离子水中形成锡铁混合溶液并搅拌；铁源为氯化亚铁，所述锡源为四氯化锡。氯化亚铁溶液的浓度为0.1摩尔/升，四氯化锡溶液的浓度为0.3摩尔/升。锡源水溶液、铁源水溶液与另外加入的20℃的去离子水的体积比满足x:y:1-x-y，0.1<x<0.5，0.1<y<0.5，搅拌时间为1h。(2)将蚕沙干燥去除杂质；(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中1h，使用磁力搅拌机搅拌形成均匀浆料，搅拌速度设定为750rpm；蚕沙与所述锡铁混合溶液的质量比为1:1。(4)将浆料放入烘箱中烘干；设置烘箱温度70℃，烘干12h。(5)将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，烧制温度为250℃，时间2h，然后置于球磨机中进行第一次球磨12h；第一次球磨时，磨球、浆料以及剩余空间的体积比为1:1:1。(6)将第一次球磨后的材料放入通氮气的管式炉中，进行碳化；碳化在700℃下进行，碳化时通入氮气，持续2h；之后置于球磨机中进行第二次球磨，球磨时间为12h；然后加入粘结剂PVDF和导电碳黑，以二次球磨后的材料：粘结剂：导电炭黑的质量比为8：1：1混合，再研磨，得到负极材料。实施例2一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将配置好的锡源水溶液与铁源水溶液混合在温度为60℃的去离子水中形成锡铁混合溶液并搅拌；铁源为氯化铁。所述锡源为氧化锡。铁源溶液的浓度为0.5摩尔/升，锡源溶液的浓度为0.7摩尔/升。锡源水溶液、铁源水溶液与另外加入的60℃的去离子水的体积比满足x:y:1-x-y，0.1<x<0.5，0.1<y<0.5，搅拌时间为5h。(2)将蚕沙干燥去除杂质；(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中5h，使用磁力搅拌机搅拌形成均匀浆料，搅拌速度设定为1500rpm；蚕沙与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将配置的锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液并搅拌；(2)将蚕沙干燥去除杂质；(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中1‑5h，搅拌形成均匀浆料；(4)将浆料放入烘箱中烘干；(5)将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，之后进行第一次球磨；(6)将第一次球磨后的材料放入通氮气的管式炉中，进行碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑，以二次球磨后的材料：粘结剂：导电炭黑的质量比为8：1：1混合，再研磨，得到负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将配置的锡源水溶液与铁源水溶液混合在水中形成锡铁混合溶液并搅拌；(2)将蚕沙干燥去除杂质；(3)将蚕沙浸泡在锡铁混合溶液中1-5h，搅拌形成均匀浆料；(4)将浆料放入烘箱中烘干；(5)将烘干后的浆料放在管式炉中烧制，之后进行第一次球磨；(6)将第一次球磨后的材料放入通氮气的管式炉中，进行碳化；之后再进行第二次球磨，加入粘结剂和导电碳黑，以二次球磨后的材料：粘结剂：导电炭黑的质量比为8：1：1混合，再研磨，得到负极材料。2.根据权利要求1所述的一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为氯化亚铁或氯化铁。3.根据权利要求1所述的一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述锡源为氧化锡、氯化亚锡、四氯化锡其中的一种。4.据权利要求1所述的一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)蚕沙与所述锡铁混合溶液的质量比为1:(1-8)。5.根据权利要求1所述的一种蚕沙掺锡铁电池负极材料的制备方法，其特征在于：铁源溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴孟强，陈治，单双，郭豪，李文磊，徐自强，陈诚，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51