一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种包含有稻草团簇状Co‑Fe2O3纳米复合物的电极及其制备方法，其中以包含Co(NO3)2·6H2O和FeCl2·4H2O为原料，以无水乙醇和去离子水为溶剂，通过水解反应与自组装以及高温煅烧的方法制备出具有复合特征的钴掺杂氧化铁纳米复合材料。本发明专利技术的制备工艺简单，绿色环保，易于批量生产。并且以获得的纳米复合材料制备形成的电极应用于锂离子电池的负极材料具有优异的电化学性能。

An Electrode Containing Rice Straw Cluster Co-Fe2O3 Nanocomposites and Its Preparation Method

The present invention relates to an electrode containing rice straw cluster-like Co_Fe2O3 nanocomposite and its preparation method, in which cobalt-doped Iron Oxide Nanocomposite with composite characteristics is prepared by hydrolysis reaction, self-assembly and high temperature calcination using Co(NO3)2.6H_2O and FeCl_2.4H_2O as raw materials, absolute ethanol and deionized water as solvents. The preparation process of the invention is simple, green and environmentally friendly, and easy to mass production. The electrodes prepared by the nanocomposites have excellent electrochemical properties when applied to the anode materials of lithium ion batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极及其制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池以其优异的性能已广泛地应用于移动通信设备、手提电脑、电子摄像机等便携式产品，随着锂离子电池技术在动力汽车、航空航天以及军用电子设备等领域的应用日益增多，人们对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。负极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一，然而，目前商业用的锂离子电池负极材料主要为石墨类材料，但其理论比容量仅有372mAh/g，无法满足飞速发展的巨大需求。因此开发新型容量高、倍率性能优异、寿命长的负极材料迫在眉睫。过渡金属氧化物Fe2O3因其具有较高的理论比容量(1007mAh/g)，低廉的成本和无毒且环保的优势而受到了广泛地关注。但Fe2O3应用于锂离子电池负极材料时，因其电导率差和体积膨胀而受到巨大的阻碍。目前，对于Fe2O3的研究主要有以下三种方法：(1)纳米化：制备出纳米结构的氧化铁材料，能够有效地抑制体积膨胀，但材料的电导性能依旧没有得到改善；(2)负载在导电集流体上：通过将氧化铁负载在导电集流体上能够有效地缓冲因数次循环带来的体积膨胀效应，而且能够有效地提高材料的电导性，但是由于导电集流体昂贵的价格，因此，该方法不能得到广泛地应用；(3)离子掺杂：离子掺杂是目前改善氧化铁性能较为有效地方法，一方面：能够通过离子掺杂提高材料的电导性；另一方面：纳米化材料能够有效地缓和体积膨胀效应。如国内专利申请公开第CN106450189A号公开的一种用作锂离子电池负极材料的一种用氮掺杂的碳包覆氧化铁纳米复合材料的制备方法，通过采用先水热生长后高温煅烧的方法，再通过加热、搅拌、分离、干燥和高温煅烧的方法制备出具有复合特征的氮掺杂和碳包覆氧化铁的纳米复合材料。该材料用做锂离子电池负极材料展现了优异的电化学性能，当电流密度为1C循环100次后，容量保持在624mAh/g，容量保持率高达96.4％。主要归因于多孔纳米棒结构，外围是一层纳米级厚度的碳包覆层，能够有效地缓冲因多次循环带来的体积膨胀效应，同时由于氮元素的引入，存在碳包覆层中的碳氮共价键作用，使其具有优异的电化学性能，即优异的循环性能和倍率性能。但该专利技术的制备工艺较为繁琐，流程复杂，制备原料成本较高，因此，需要寻找一种制备工艺简单、成本低廉、生产效率高、易于规模化生产、具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料。综上所述，制备离子掺杂的氧化铁复合材料作为锂离子电池负极材料可以有效地提升材料的电化学性能，而现有技术中，所制备的复合材料工艺较为复杂，容量偏低。
技术实现思路
针对现有技术中的缺点与不足，本专利技术至少提供以下技术方案：一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：以包含Co(NO3)2·6H2O、FeCl2·4H2O以及沉淀剂的原料配置悬浊液的工序；将上述悬浊液置于高压水热反应釜中进行水解反应与自组装；沉淀物收集工序；高温煅烧工序；极片干燥工序，从而获得包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极。进一步的，所述配置悬浊液的工序具体包括，取无水乙醇及去离子水作为溶剂，将沉淀剂1加入所述溶剂形成溶液，将所述Co(NO3)2·6H2O分散至上述溶液中，超声清洗并磁力搅拌后，加入沉淀剂2以及FeCl2·4H2O，磁力搅拌。进一步的，所述沉淀剂1包括尿素，所述沉淀剂2包括NH4F。进一步的，所述水热反应包括，将获得的悬浊液转移至高压水热反应釜中，所述反应釜中的填充量为60-80％，在100～140℃的温度下保持10～14小时。进一步的，所述高温煅烧工序包括，将收集所得产物在400～500℃空气氛围中煅烧150～250分钟。进一步的，所述Co(NO3)2·6H2O与所述FeCl2·4H2O的质量比为0.6-0.9:1。进一步的，所述Co(NO3)2·6H2O与所述沉淀剂1的质量比为1.4-1.8:1，上述FeCl2·4H2O与所述沉淀剂2的质量比为2.5-3.0:1。进一步的，所述沉淀剂1与所述沉淀剂2的质量比为1.1-1.4:1。进一步的，所述极片干燥工序包括，对所述高温煅烧工序获得的产物依次进行调浆、涂覆以及干燥。本专利技术还提供一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极，所述电极包括活性物质，所述活性物质包括稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下优点：(1)本专利技术所采用原料低廉，对环境无污染，可促进生态环境的可持续发展，并且本专利技术制备工艺简单，操作方便，成本较低，易于规模化生产。(2)本专利技术通过简单的工艺即可获得包含稻草团簇状Co-Fe2O3纳米材料的电极，一方面，钴离子的掺杂能够加大晶格间距，从而有利于有效地缓冲由多次循环带来的巨大的体积膨胀，能够保证电极的完整性，增加电极的导电性能，从而加速锂离子的扩散速率；另一方面，本专利技术稻草团簇状的纳米材料由许多纳米棒组成，该形貌可以增大电极与电解液的接触面积，加快离子和电子的传输速率，纳米棒由大小不一的纳米颗粒组成，可以进一步提高材料的导电性，有效地缓冲因多次充放电带来的巨大体积效应，从而增强循环性能和倍率性能，并且电化学性能测试表明，当电流密度为200mA/g时，经过350次充放电循环后仍然可以保持1200mAh/g的可逆比容量；并且在1A/g、2A/g、4A/g和6A/g的电流密度下平均放电比容量仍然可以达到736.4、537.1、376.3和213.1mAh/g，该材料用作锂离子电池负极材料呈现出了优异的电化学性能。附图说明图1为本专利技术实施例中稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的XRD图。图2为本专利技术实施例中稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的XPS图。图3为本专利技术实施例中稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的SEM图。图4为本专利技术实施例中稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的TEM图。图5为本专利技术实施例中包含稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极的循环性能曲线(200mA/g)。图6为本专利技术实施例中包含稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极的倍率性能曲线图。图7为本专利技术实施例中包含稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极经过350次循环后的扫描形貌图和衍射环。具体实施方式下面来对本专利技术做进一步详细的说明。下面通过附图和具体实施步骤对本专利技术作出进一步地详细阐述，并详细描述本专利技术可选择的其他实施方式。但要注意的是，本专利技术的具体实施步骤并不局限于目前描述的具体步骤，在不偏离本专利技术的实质和范围的前提下可由本领域的技术人员根据具体的实验条件和设施来实现其它的尝试。实施例1一种包含稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：溶液配制：取无水乙醇及去离子水，将其按照体积比为1:7混合均匀作为溶剂，取尿素作为沉淀剂1，将尿素加入其溶剂中形成溶液，将Co(NO3)2·6H2O分散至上述溶液中，并在室温下，在超声清洗机中超声处理35分钟后恒温磁力搅拌1小时配制成悬浊液；取NH4F作为沉淀剂2，随后将FeCl2·4H2O和NH4F加至上述悬浊液中，继续恒温磁力搅拌1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含有稻草团簇状Co‑Fe2O3纳米复合材料的电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：以包含Co(NO3)2·6H2O、FeCl2·4H2O以及沉淀剂的原料配置悬浊液的工序；将上述悬浊液置于高压水热反应釜中进行水解反应与自组装；沉淀物收集工序；高温煅烧工序；极片干燥工序，从而获得包含有稻草团簇状Co‑Fe2O3纳米复合材料的电极。

【技术特征摘要】
1.一种包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：以包含Co(NO3)2·6H2O、FeCl2·4H2O以及沉淀剂的原料配置悬浊液的工序；将上述悬浊液置于高压水热反应釜中进行水解反应与自组装；沉淀物收集工序；高温煅烧工序；极片干燥工序，从而获得包含有稻草团簇状Co-Fe2O3纳米复合材料的电极。2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述配置悬浊液的工序具体包括，取无水乙醇及去离子水作为溶剂，将沉淀剂1加入所述溶剂形成溶液，将所述Co(NO3)2·6H2O分散至上述溶液中，超声清洗并磁力搅拌后，加入沉淀剂2以及FeCl2·4H2O，磁力搅拌。3.根据权利要求2的所述制备方法，其特征在于，所述沉淀剂1包括尿素，所述沉淀剂2包括NH4F。4.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述水热反应包括，将获得的悬浊液转移至高压水热反应釜中，所述反应釜中的填充量为60-80％，在100～140℃的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灵智，刘妙，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44