Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池，涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域。Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构。Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将锡盐和铁盐加入至电纺液中，混合均匀后进行静电纺丝得到初产物，初产物经干燥、在空气气氛下进行热处理，得到Fe2O3/SnO2复合材料。本发明专利技术公开的Fe2O3/SnO2复合材料具有晶粒尺寸小、粒度均匀、充放电比容量高、循环性能良好和倍率性能优异等优点。本发明专利技术提供的Fe2O3/SnO2复合材料制备方法具有相对较低的成本和较高的产出率，并能很好的调控材料微观的纤维形貌、尺寸及排布等。

【技术实现步骤摘要】
Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池电极材料的制备
，具体而言，涉及一种Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池。
技术介绍
能源储存与转化是目前研究热点，而锂离子电池由于具有较高的能量密度和优异的循环性能，是当前最具前景的储能技术。其中负极材料决定了正极材料性能的发挥，而且高倍率充电的瓶颈也在负极一侧，因此对负极材料的研究显得尤为重要。目前商业化的石墨类碳负极材料理论容量低(372mAh/g)和安全性差(析锂现象)，已不能满足锂离子电池的快速发展。锂离子与Si形成合金化的负极材料虽然提高了比容量，安全性也较石墨好，但是充放电过程中产生的体积效应大，循环性能差，成本高。因此开发性能优越、价格低廉的负极材料迫在眉睫。氧化铁、氧化锡等过渡金属氧化物的研究较多，也是最有可能得到商业化的负极材料。氧化锡有一定的储锂能力，但存在体积变化大、首次不可逆容量较高和循环性能差等缺点；氧化铁具有较高的理论电容量，但在实际使用时又因导电性不足和反应的循环稳定性差等问题受到了限制。所以，许多研究将氧化铁和氧化锡制成复合材料并利用两组分间的协同作用使复合材料具有更好的性能，常用的Fe-Sn类金属氧化物负极材料的合成方法包括水热法、共沉淀法和液相沉淀法。水热法的合成条件比较苛刻，对双组分氧化物的形貌难以控制，且成本高；共沉淀法和液相沉淀法操作复杂，耗时较长，制备得到的金属氧化物纯度不高；制备的合金氧化物微观形态无定形。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种Fe2O3/SnO2复合材料，所述Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构。纤维状微细结构能够提供较短的电子传输路径、较短的锂离子的扩散距离和更大的电极/电解液接触面积；提供大的表面积用于锂离子的脱嵌，为锂离子提供更多的活性位点；有稳定结构的作用，缓冲锂离子嵌入/脱嵌所导致的体积变化，缓解负极材料的体积效应，抑制纳米颗粒的团聚和溶解，降低活性物质的聚集和负极的粉化。本专利技术的第二目的在于提供一种Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，此制备方法具有相对较低的成本和较高的产出率，并能很好的调控材料微观的纤维状形貌、尺寸及排布等。本专利技术的第三目的在于提供Fe2O3/SnO2复合材料或Fe2O3/SnO2复合材料制备方法在制备锂离子电池负极材料中的应用。本专利技术的第四目的在于提供一种锂离子电池，包括Fe2O3/SnO2复合材料或Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法制得的Fe2O3/SnO2复合材料。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种Fe2O3/SnO2复合材料，所述Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，纤维状微细结构的直径为150～350nm；优选为200～350nm；进一步优选为250～300nm。第二方面，本专利技术提供了一种Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将锡盐和铁盐加入至电纺液中，混合均匀后进行静电纺丝得到初产物，初产物经干燥、在空气气氛下进行热处理，得到Fe2O3/SnO2复合材料；优选地，锡盐为氯化亚锡、草酸亚锡、四氯化锡或硫酸亚锡中的一种，优选氯化亚锡；优选地，铁盐为乙酰丙酮铁、氯化铁、草酸亚铁或硫酸亚铁中的一种，优选乙酰丙酮铁；优选地，电纺液包括高分子聚合物和溶剂；优选地，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，优选聚丙烯腈；优选地，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯醇或甲酸中的一种，优选N，N-二甲基甲酰胺。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，每加入0.70～0.80重量份的氯化亚锡，分别加入0.44～1.32重量份的乙酰丙酮铁，1.80～2.20重量份的聚丙烯腈和12.00～14.00重量份的N，N-二甲基甲酰胺。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，混合的工艺参数包括：混合温度为45～55℃，混合时间为11～13h。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，静电纺丝的工艺参数包括：注射器针头的内径为0.4～0.8mm，静电纺丝的电压为15～17kV，扫描行程为35～45mm，电纺液的流量为0.8～1.2mL/h，收集板距离针头的距离为12～17cm。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，干燥为真空干燥，工艺参数包括：干燥温度为55～65℃，干燥时间为11～13h。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，热处理包括第一次热处理和第二次热处理；第一次热处理升温至270～300℃，优选270～290℃，进一步优选275～285℃；保温1.5～3h，优选1.5～2.5h，进一步优选1.8～2.2h；优选地，以1-2℃/min速率升温至270～300℃；第二次热处理升温至550～650℃，优选570～630℃，进一步优选590～610℃；保温1.5～3h，优选1.5～2.5h，进一步优选1.8～2.2h。第三方面，本专利技术提供了一种Fe2O3/SnO2复合材料或Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法制得的Fe2O3/SnO2复合材料用作锂离子电池负极材料在锂离子电池中的应用。第四方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括Fe2O3/SnO2复合材料或Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法制得的Fe2O3/SnO2复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的Fe2O3/SnO2复合材料，可以最大化地结合二组分的核心优势，抑制各自的缺点，充分发挥协同互补效应，改善它们独自作为负极材料的不足，提高复合电极材料的性能。本专利技术提供的Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构，纤维状微细结构能够提供较短的电子传输路径、锂离子的扩散距离和更大的电极/电解液接触面积，有助于电解液与电极充分浸润，定向性地增加电子的传导能力，提高材料的倍率性能。连续纤维状结构拥有低维和三维纳米结构，纳米纤维长径比高、比表面积大，能够提供更高的比表面积和较高的反应活性，提供大的表面积用于锂离子的脱嵌，为锂离子提供更多的活性位点，使材料的嵌锂能力有所提升。此外，纤维状维细结构的存在起到了稳定结构的作用，其结构间的空隙能够缓冲锂离子嵌入/脱嵌所导致的体积变化，有效缓解负极材料在充放电过程中的体积效应，还能有效抑制纳米颗粒的团聚和其在电解液中的溶解，降低活性物质的聚集，降低负极的粉化，使材料保持优异的电化学性能。(2)本专利技术提供的Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，此制备方法具有相对较低的成本和较高的产出率，得到的材料晶粒尺寸小、粒度均匀、孔隙率大，并能很好的调控材料微观的纤维状形貌、尺寸及排布等。(3)本专利技术提供的Fe2O3/SnO2复合材料的首次放电的比容量在1259.2mAh/g以上，充电的比容量在890.4mAh/g以上。附图说明图1为本专利技术的实施例2所制得的产品Fe2O3/SnO2复合材料的X射线衍射图；图2为本专利技术实施例2所制得的产品Fe2O3/SnO2复合材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例2所制得的产品Fe2O3/SnO2复合材料的透射电镜图；图4为本专利技术实施例2所制得的产品Fe2O3/SnO2复合材料在另一倍率下的透射电镜图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe2O3/SnO2复合材料，其特征在于，所述Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构。

【技术特征摘要】
1.一种Fe2O3/SnO2复合材料，其特征在于，所述Fe2O3/SnO2复合材料具有纤维状微细结构。2.按照权利要求1所述的Fe2O3/SnO2复合材料，其特征在于，纤维状微细结构的直径为150～350nm；优选为200～350nm；进一步优选为250～300nm。3.一种权利要求1或2所述的Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锡盐和铁盐加入至电纺液中，混合均匀后进行静电纺丝得到初产物，初产物经干燥、在空气气氛下进行热处理，得到Fe2O3/SnO2复合材料；优选地，锡盐为氯化亚锡、草酸亚锡、四氯化锡或硫酸亚锡中的一种，优选氯化亚锡；优选地，铁盐为乙酰丙酮铁、氯化铁、草酸亚铁或硫酸亚铁中的一种，优选乙酰丙酮铁；优选地，电纺液包括高分子聚合物和溶剂；优选地，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，优选聚丙烯腈；优选地，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、聚乙烯醇或甲酸中的一种，优选N，N-二甲基甲酰胺。4.按照权利要求3所述的Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，其特征在于，每加入0.70～0.80重量份的氯化亚锡，分别加入0.44～1.32重量份的乙酰丙酮铁，1.80～2.20重量份的聚丙烯腈和12.00～14.00重量份的N，N-二甲基甲酰胺；优选地，每加入0.72～0.78重量份的氯化亚锡，分别加入0.50～1.00重量份的乙酰丙酮铁，1.85～2.05重量份的聚丙烯腈和12.20～13.70重量份的N，N-二甲基甲酰胺；进一步优选地，每加入0.74～0.76重量份的氯化亚锡，分别加入0.70～0.90重量份的乙酰丙酮铁，1.90～2.10重量份的聚丙烯腈和12.80～13.20重量份的N，N-二甲基甲酰胺。5.按照权利要求3所述的Fe2O3/SnO2复合材料的制备方法，其特征在于，混合的工艺参数包括：混合温度为45～55℃，混合时...

【专利技术属性】
技术研发人员：付争兵，凡威震，杜军，王锋，丁瑜，杨雄，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42