一种纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米Fe2O3/CoS‑AC负极材料的制备方法，以六水合硝酸钴、活性炭、KMnO4等为主要原材料，并引入Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，通过物理复配、化学合成制备出高比容量及高倍率性能的锂电池负极材料。本发明专利技术制备的新型负极材料相比于传统的电极材料，由于引入了铁锰钴氧化物，能够在充放电时作为有效缓冲介质削弱体积变化的负面效应，提高负极材料实际比容量和倍率性能。

Preparation of a Nano-Fe2O3/CoS-AC Anode Material

The invention discloses a preparation method of nano-Fe2O3/CoS AC anode material, using cobalt nitrate hexahydrate, activated carbon and KMnO4 as main raw materials, and introducing Fe3O4/SiO 2/NiO 2 composite material, high specific capacity and high rate performance lithium battery anode material are prepared by physical compounding and chemical synthesis. Compared with the traditional electrode material, the new negative electrode material prepared by the invention can be used as an effective buffer medium to weaken the negative effect of volume change and improve the actual specific capacity and rate performance of the negative electrode material due to the introduction of ferromanganese cobalt oxide.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
随着电动汽车和电子设备的快速发展与应用，人们对高容量、长寿命电池的需求日益增加锂离子电池因具有高电压、无记忆效应、无污染、长寿命、小体积等优点，被称为最有前途的化学电源，但在其实际应用和发展中仍存在安全、性能和成本等方面的问题。目前，商业化的负极材料主要是以石墨为主的传统炭材料，根据结构特性，其可分为三大类：石墨、易石墨化炭（软炭）和难石墨化炭（硬炭）。然而，石墨类负极材料的理论比容量较低（372mAh/g），倍率性能有限，远不能满足电动交通工具和下一代可移动电子设备的需求。另外，我国天然石墨虽然储量较大，但存在的分布不均匀、纯度低、开采加工成本高等问题，使其价格居高不下。因此，迫切需要开发一种绿色环保、经济可行的锂离子电池负极替代材料。本专利技术以六水合硝酸钴、活性炭、KMnO4等为主要原材料，制备了一种新型锂离子电池负极材料，可有效提高锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术公开了一种纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料的制备方法，主要解决了目前市场上传统的锂离子电池比容量低、循环性能差等问题。一种纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1）向装有搅拌器、冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入6~54重量份的六水合硝酸钴，200重量份75%的乙醇溶液，并加入2重量份活性炭，150rmp条件下磁力搅拌30min，加入1重量份硫脲，10~42重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，超声分散处理该混合物30min，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应24h，之后自然冷却至室温，用200重量份无水乙醇和200重量份去离子水对反应后液体进行洗涤，在60℃真空干燥箱中烘干12h，制备得到黑色粉体，备用；2）称取上述黑色粉体50重量份，与2重量份NaOH、20重量份无水乙醇、18重量份油酸充分混合，60℃下搅拌2h，缓慢加入1重量份KMnO4和120重量份去离子水，60℃下搅拌2h后离心，用180重量份纯水和180重量份无水乙醇分别洗涤3次，在105℃下干燥6h，然后置于空气气氛中、800℃下焙烧2h，得到纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料。所述Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料的制备方法为：称取1重量份二氧化硅粉体，放入50重量份的去离子水中，超声分散40min将其分散均匀，成白色混合溶液；将1.8重量份的FeCl2溶于40重量份去离子水中，然后将FeC12溶液移入上述混合溶液中，加入2重量份Ni(NO3)2·6H2O和15重量份质量分数为60%的3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，充分搅拌20min，最后将混合溶液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，600℃下保温12h，在空气中冷却至室温，收集样品，经150rmp条件下离心，用150重量份的去离子水洗涤3~5次，85℃下真空干燥1h后得Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。有益效果：本专利技术以六水合硝酸钴、活性炭、KMnO4等为原料，并引入Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，得到一种铁锰钴氧化物合体，其中铁氧化物和锰氧化物的理论比容量均大于700mAh/g，并具有放电平台低（MnO2:约0.4V，Fe2O3:0.8V）、体积效应较小、成本低廉、对环境友好、制备工艺简单和产能较高等优点。该负极材料以Co2+为金属中心，引入多个氧化还原中心位点，由于铁锰钴等氧化物的复合产生协同效应，能够在彼此充放电时作为缓冲介质，削弱复合材料在充放电过程中因体积变化大而造成该材料实际比容量较低和倍率性能较差的负面效应，且多金属氧化物比单个金属氧化物有更好的导电性，可以实现多种金属的协同效应从而达到更高的容量以及倍率性能。具体实施方式实施例11）向装有搅拌器、冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入48重量份的六水合硝酸钴，200重量份75%的乙醇溶液，并加入2重量份活性炭，150rmp条件下磁力搅拌30min，加入1重量份硫脲，14重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，超声分散处理该混合物30min，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应24h，之后自然冷却至室温，用200重量份无水乙醇和200重量份去离子水对反应后液体进行洗涤，在60℃真空干燥箱中烘干12h，制备得到黑色粉体，备用；2）称取上述黑色粉体50重量份，与2重量份NaOH、20重量份无水乙醇、18重量份油酸充分混合，60℃下搅拌2h，缓慢加入1重量份KMnO4和120重量份去离子水，60℃下搅拌2h后离心，用180重量份纯水和180重量份无水乙醇分别洗涤3次，在105℃下干燥6h，然后置于空气气氛中、800℃下焙烧2h，得到纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料。所述Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料的制备方法为：称取1重量份二氧化硅粉体，放入50重量份的去离子水中，超声分散40min将其分散均匀，成白色混合溶液；将1.8重量份的FeCl2溶于40重量份去离子水中，然后将FeC12溶液移入上述混合溶液中，加入2重量份Ni(NO3)2·6H2O和15重量份质量分数为60%的3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，充分搅拌20min，最后将混合溶液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，600℃下保温12h，在空气中冷却至室温，收集样品，经150rmp条件下离心，用150重量份的去离子水洗涤3~5次，85℃下真空干燥1h后得Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例2与实施例1完全相同，不同在于：加入54重量份的六水合硝酸钴和10重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例3与实施例1完全相同，不同在于：加入42重量份的六水合硝酸钴和18重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例4与实施例1完全相同，不同在于：加入36重量份的六水合硝酸钴和22重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例5与实施例1完全相同，不同在于：加入30重量份的六水合硝酸钴和26重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例6与实施例1完全相同，不同在于：加入24重量份的六水合硝酸钴和30重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例7与实施例1完全相同，不同在于：加入18重量份的六水合硝酸钴和34重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例8与实施例1完全相同，不同在于：加入12重量份的六水合硝酸钴和38重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例9与实施例1完全相同，不同在于：加入6重量份的六水合硝酸钴和42重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料。实施例101）向装有搅拌器、冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入48重量份的六水合硝酸钴，200重量份75%的乙醇溶液，并加入2重量份活性炭，150rmp条件下磁力搅拌30min，加入1重量份硫脲，14重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，超声分散处理该混合物30min，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应24h，之后自然冷却至室温，用200重量份无水乙醇和200重量份去离子水对反应后液体进行洗涤，在60℃真空干燥箱中烘干12h，制备得到黑色粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米Fe2O3/CoS‑AC负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1）向装有搅拌器、冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入6~54重量份的六水合硝酸钴，200重量份75%的乙醇溶液，并加入2重量份活性炭，150rmp条件下磁力搅拌30min，加入1重量份硫脲，10~42重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，超声分散处理该混合物30min，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应24h，之后自然冷却至室温，用200重量份无水乙醇和200重量份去离子水对反应后液体进行洗涤，在60℃真空干燥箱中烘干12 h，制备得到黑色粉体，备用；2）称取上述黑色粉体50重量份，与2重量份NaOH、20重量份无水乙醇、18重量份油酸充分混合，60℃下搅拌2h，缓慢加入1重量份KMnO4和120重量份去离子水，60℃下搅拌2h后离心，用180重量份纯水和180重量份无水乙醇分别洗涤3次，在105℃下干燥6h，然后置于空气气氛中、800℃下焙烧2h，得到纳米Fe2O3/CoS‑AC负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1）向装有搅拌器、冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入6~54重量份的六水合硝酸钴，200重量份75%的乙醇溶液，并加入2重量份活性炭，150rmp条件下磁力搅拌30min，加入1重量份硫脲，10~42重量份的Fe3O4/SiO2/NiO2复合材料，超声分散处理该混合物30min，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中160℃反应24h，之后自然冷却至室温，用200重量份无水乙醇和200重量份去离子水对反应后液体进行洗涤，在60℃真空干燥箱中烘干12h，制备得到黑色粉体，备用；2）称取上述黑色粉体50重量份，与2重量份NaOH、20重量份无水乙醇、18重量份油酸充分混合，60℃下搅拌2h，缓慢加入1重量份KMnO4和120重量份去离子水，60℃下搅拌2h后离心，用180重量份纯水和180重量份无水乙醇分别洗涤3次，在105℃下干燥6h，然后置于空气气氛中、800℃下焙烧2h，得到纳米Fe2O3/CoS-AC负极材料。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新，卓士创，张永伟，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32