本发明专利技术属于电池材料领域，公开了一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法。所述方法包括如下步骤：(1)在球磨罐中加入硅粉、碳和铁源，再加入湿磨剂和球磨珠，然后将球磨罐密封、抽真空；(2)球磨罐中泵入CO2气体至超临界环境下进行球磨反应得到Si/FeCO3/C前驱体产物；(3)球磨反应结束后，收集球磨罐中的产物并干燥得到粉体产物；(4)粉体在惰性气氛下烧结，得到Si/Fe/Fe3O4/C复合材料。本发明专利技术提供了一种利用温室气体制备硅碳复合材料的新方法，具有工艺简单、经济环保，容易工业化实施等优点，所制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料具有优良的倍率性能和循环稳定性，可作为负极材料广泛应用于高性能锂离子电池等领域。域。域。
【技术实现步骤摘要】
一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法
[0001]本专利技术属于电池的电极材料领域，涉及一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法及复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
技术介绍
[0002]新能源汽车是国家重点支持发展的战略性产业，动力电池系统是新能源汽车的“心脏”，目前动力电池的能量密度还未完全解决电动汽车续航的焦虑，开发新一代电池正负极材料迫在眉睫。硅负极材料因其具有极高的理论容量(4200mAh/g)和相对较低的氧化还原电位(<0.5V vs.Li/Li
+
)被认为是一种十分有竞争力的负极材料。但硅负极材料也面临着诸多挑战，如硅导电性能差，首次库伦效率低、充放电过程中体积膨胀大，容量衰减快等问题，以上这些缺点严重限制了硅负极的进一步应用。硅碳复合是解决上述问题的一种有效策略，有助于提高硅负极导电性、缓解硅体积膨胀、提升该材料的电化学性能。此外，四氧化三铁能有效防止硅负极结构坍塌，提高硅负极循环稳定性。在已经报导的Si@Fe3O4/C复合材料的的文献中，如Liu等利用机械球磨法制备了Si@Fe3O4/C复合负极材料，该方法原料需要用到高铁酸钾，具有极强的氧化性，不容易制备与保存，蕴含潜在安全风险，有副产物生成，不适合工业化生产。(C.Liu,Q.Xia,C.Liao,S.Wu,Pseudo
‑
capacitance Contribution to Three
‑
dimensional Micro
‑
sized Silicon@Fe3O4@Few
‑
Layered Graphene for High
‑
rate and Long
‑
life Lithium Ion Batteries,Materials Today Communications,2019,18,66
‑
73.)。因而，发展一种高效、低成本、环境友好、易于工业化生产的Si@Fe3O4/C复合材料制备方法具有重要意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的新方法及所述Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极材料的应用，所述方法是一种工艺简单、高效，对环境友好，易于工业化生产的制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的新方法。本专利技术以超临界CO2流体作为反应介质和原料，将硅粉、碳和铁源通过机械球磨混合，在硅碳材料球磨混合过程中，超临界CO2与Fe反应先生成FeCO3，得到Si/FeCO3/C前驱体产物；再经热烧结处理，FeCO3进一步分解为Fe和Fe3O4进而得到Si/Fe/Fe3O4/C复合材料。本专利技术制备工艺简单、经济环保、容易工业化实施，所制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极具有优异的电化学性能。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法，其制备方法包括如下步骤：
[0006](1)向球磨罐中加入硅粉、碳材料和铁源，再加入湿磨剂和球磨珠，然后将球磨罐密封、抽真空；
[0007](2)在密封的球磨罐中泵入CO2气体，在超临界条件下进行球磨反应，得到Si/FeCO3/C前驱体产物；
[0008](3)球磨反应结束后，收集球磨罐中的固体产物并干燥，得到粉体；
[0009](4)收集的粉体在惰性气氛下进行烧结，最终得到Si/Fe/Fe3O4/C复合材料。
[0010]作为优选，所述步骤(1)中，球磨罐为不锈钢高压球磨罐。
[0011]作为优选，所述步骤(1)中，所述铁源为单质铁、氧化亚铁、二茂铁和氢氧化亚铁中的一种或几种的组合。
[0012]作为优选，所述步骤(1)中，所述碳材料为石墨、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。
[0013]作为优选，所述步骤(1)中，所述硅粉、碳材料和铁源的投料按硅、碳和铁元素的质量比1：(0.25～5)：(0.2～0.5)进行投料，球磨珠和物料的球料比为(30～100)：1。
[0014]作为优选，所述步骤(1)中，湿磨剂为甲醇、乙醇、异丙醇、水等常见溶剂的一种或多种混合，更优选的，湿磨剂为体积比为2:1的乙醇和去离子水的混合溶液。
[0015]作为优选，所述步骤(2)中，所述超临界条件为CO2处于超临界CO2流体状态的条件，更优选的，气体压力大于7.3MPa，球磨温度大于32℃；更优选的，气体压力为8.5MPa，球磨温度为35℃。
[0016]作为优选，所述步骤(2)中，球磨转速300～500rpm，球磨时间为10～24h。
[0017]作为优选，所述步骤(3)中，收集固体产物的处理方式包括过滤和洗涤，更优选的，过滤为抽滤，洗涤为酒精洗涤。
[0018]作为优选，所述步骤(3)中，干燥方式为真空干燥，温度为100
‑
120℃。
[0019]作为优选，所述步骤(4)中，惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种的组合。
[0020]作为优选，所述步骤(4)中，所述烧结温度为500℃～700℃、烧结时间为3～5h。
[0021]作为优选，本专利技术涉及到如下反应：
[0022]CO2+H2O
→
H2CO3；
[0023]Fe+H2CO3→
FeCO3+H2；
[0024]4FeCO3→
Fe3O4+Fe+4CO2。
[0025]本专利技术的第二个目的是提供一种上述利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法制备得到的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
[0026]本专利技术与现有技术相比，其有益效果主要体现在：
[0027](1)本专利技术提供了一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的新方法，具有工艺简单、经济环保，容易工业化实施等优点；
[0028](2)本专利技术方法制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极材料具有比容量高、循环性能好、倍率性能好的特点。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的Si/FeCO3/C前驱体及Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的X射线衍射图；
[0030]图2为本专利技术实施例1制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的扫描电镜图；
[0031]图3本专利技术实施例1和2制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极材料的
循环性能图；
[0032]图4本专利技术实施例1和2制备的Si/Fe/Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极材料的倍率性能图。
具体实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)向球磨罐中加入硅粉、碳材料和铁源，再加入湿磨剂和球磨珠，然后将球磨罐密封、抽真空；(2)在密封的球磨罐中泵入CO2气体，在超临界条件下进行球磨反应，得到Si/FeCO3/C前驱体产物；(3)球磨反应结束后，收集球磨罐中的固体产物并干燥，得到粉体；(4)收集的粉体在惰性气氛下进行烧结，得到Si/Fe/Fe3O4/C复合材料。2.如权利要求1所述一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，铁源为单质铁、氧化亚铁、二茂铁和氢氧化亚铁中的一种或几种的组合。3.如权利要求1所述一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，碳材料为石墨、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。4.如权利要求1所述一种利用超临界CO2流体介质制备Si/Fe/Fe3O4/C复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，硅粉、碳材料和铁源按硅、碳和铁元素的质量比1：(0.25～5)：(0.2～0.5)进行投料。5.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，马俊凯，杨刚锋，夏阳，甘永平，张俊，卢铚航，贺馨平，张文魁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。