一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电化学材料技术领域，尤其涉及一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料及其制备方法与应用。本发明专利技术所述电极材料的结构为网格状结构的Fe3O4晶体嵌入玻璃基体中具有高导电性，为Li+离子的存储提供了更多的位置，加快了Li+离子在负极中的移动，并抑制了负极材料在锂化/脱锂过程中的机械应力。本发明专利技术所述电极材料可用于锂离子电池负极材料，拥有优异的可逆容量和循环稳定性，本发明专利技术通过传统熔融冷却法制备原始玻璃样品，工艺过程简单且对环境无污染，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电化学材料
，尤其涉及一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着化石燃料污染加重以及科技的飞速发展，人们对新型储能装置的需求不断增加。锂离子电池由于其具有比容量高和循环寿命长等优点，自诞生以来就受到了人们的关注。并在手机、笔记本等便携式电子设备特别是新能源汽车领域得到广泛应用。因此，越来越多的研究者加入到对于锂离子电池的研究中来，特别是对于负极材料的研究，无机氧化物玻璃作为锂离子电池负极也成为了近些年的研究热点。
[0003]玻璃材料作为锂离子电池负极有其独特的结构优势。首先，无晶界的特点和松散的网络结构使得非晶材料中电荷和锂离子的移动变得更加容易。其次，玻璃材料的无规则网络在离子脱嵌过程中容易实现重排这很大程度上提高了电池的循环稳定性。这两个优点对我们制备高电流密度和安全可靠的锂离子负极材料极为关键。不论何种类型的电池，电极材料的性能是至关重要的，因为它们对电池的容量起决定性作用。根据法拉第定律，电极材料的理论容量与其分子量成反比。在所有已知的无机盐型电极材料中，因为B元素比P、Si、S元素轻得多，所以硼酸盐通常比磷酸盐、硅酸盐和硫酸盐的分子质量小得多。因此，硼酸盐可以提供与其他材料相比更高的容量，并且作为高能量密度的可充电电池负极材料应该具有较强的潜力。
[0004]铁的氧化物，如Fe2O3和Fe3O4，具有比较高的理论容量，1007和925mA hg
‑1，具有对环境友好，含量丰富和低成本的优点，已被确定为有前途的负极材料之一。然而，Fe2O3和Fe3O4基负极由于导电性差、比体积变化大、循环过程中容易颗粒团聚等原因，导致其循环稳定性差，严重阻碍了其作锂离子电池负极材料的进一步发展。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料及其制备方法与应用，本专利技术能够大幅度提高硼酸盐玻璃电极材料的可逆容量和循环稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]首先，本专利技术的目的之一是公开了一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料，组分如下：
[0008](x)Fe2O3‑
(100
‑
x)B2O3，x＝60,70,80,90
[0009]其结构为网格状结构的Fe3O4晶体嵌入玻璃基体中，如图1所示，具有高导电性，为Li
+
离子的存储提供了更多的位置，加快了Li
+
离子在负极中的移动，并抑制了负极材料在锂化/脱锂过程中的机械应力。玻璃相有效缓冲了材料内部网络结构体积膨胀，晶体的存在提
供了大量的锂离子储能位点，提高了电极材料的电导率和比容量，有效缓解了传统电极材料比容量低、循环稳定性差等问题。
[0010]其次，本专利技术的目的之二是公开了一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料的制备方法，采用传统熔融冷却法制备了Fe2O3‑
B2O3微晶玻璃，具体包括以下工艺步骤：
[0011]将原料充分混合，混合物转移到氧化铝坩埚中；
[0012]然后，氧化铝坩埚中的混合物在马弗炉中熔化30分钟，温度为1473至1873K(取决于成分)，使熔体均匀；
[0013]然后将熔体倒在预热好的黄铜板上，然后转移到马弗炉，在833K左右保持2小时退火；
[0014]然后关闭炉子，将样品自然冷却至室温，即得到所述的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料。
[0015]再次，本专利技术的目的之三是公开了一种电极，包括活性材料、导电材料、粘结剂及集流体，粘结剂将活性材料、导电材料粘结在集流体上。所述活性材料为上述的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料。
[0016]优选的，所述导电材料为乙炔黑，粘结剂为PVDF。
[0017]优选的，所述活性材料、导电材料和粘结剂的质量比为7:2:1。
[0018]最后，本专利技术的目的之四是公开了一种离子电池，包括上述电极、对电极、电解液。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术公开了一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料，可用于锂离子电池负极材料，拥有优异的可逆容量和循环稳定性，通过传统熔融冷却法制备原始玻璃样品，工艺过程简单且对环境无污染，具有良好的应用前景。
[0021]本专利技术通过传统熔融冷却法制备了含有网格状Fe3O4的微晶玻璃，网状结构的Fe3O4晶体嵌入玻璃基体中，具有高导电性，为Li
+
离子的存储提供了更多的位置，加快了Li
+
离子在负极中的移动，并抑制了负极材料在锂化/脱锂过程中的机械应力。玻璃相有效缓冲了材料内部网络结构体积膨胀，晶体的存在提供了大量的锂离子储能位点，提高了电极材料的电导率和比容量，有效缓解了传统电极材料比容量低、循环稳定性差等问题。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1经过酸处理后的SEM图像；
[0023]图2为本专利技术实施例1和实施例4制备的硼酸盐玻璃粉末的XRD图；
[0024]图3为本专利技术实施例1和实施例4制备的硼酸盐玻璃粉末作为锂离子电池负极材料的电化学循环性能图；
[0025]图4为本专利技术实施例1和实施例4制备的硼酸盐玻璃粉末的穆斯堡尔谱图。
具体实施方式
[0026]以下，将详细地描述本专利技术。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许专利技术人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本专利技术的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本
专利技术的范围，从而应当理解的是，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
[0027]以下实施例仅是作为本专利技术的实施方案的例子列举，并不对本专利技术构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本专利技术的实质和构思的范围内的修改均落入本专利技术的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
[0028]实施例1
[0029]一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]按照组分的摩尔比不同称取适量的三氧化二铁(≥99％)和硼酸(≥99％)，在研钵中混合均匀后倒入氧化铝坩埚中，在马弗炉中，在空气气氛下以5K每分钟的升温速率，熔融，成型，退火，冷却，最后制得玻璃材料；熔融温度为1923K，保温时间为30min，退火温度为823K，退火时间为2h，即得到含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料(90FeB样品)。
[0031]对实施例1获得的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料，其特征在于，其组分如下：(x)Fe2O3‑
(100
‑
x)B2O3，x＝60,70,80,90；结构为网格状结构的Fe3O4晶体嵌入玻璃基体中。2.权利要求1所述的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下工艺步骤：(1)将原料充分混合，将混合物转移到氧化铝坩埚中；(2)然后，氧化铝坩埚中的混合物在马弗炉中熔化，得到熔体；(3)然后将熔体倒在预热好的黄铜板上，然后转移到马弗炉中进行退火处理；(4)然后关闭炉子，将样品自然冷却至室温，即得到所述的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料。3.根据权利要求2所述的高性能含有网格状Fe3O4的微晶玻璃电极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳飞，李翔宇，苏循波，李亚聪，单志涛，张加艳，郑秋菊，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：