本发明专利技术公开了一种碳包覆空心四氧化三铁及其应用，所述碳包覆空心四氧化三铁的制备方法包括如下步骤：（1）将三价铁盐加入溶剂中使其溶解，所述溶剂为水与乙醇的混合物，然后置于密封水热釜中于温度为100~250℃条件下水热反应20~30小时，分离得到氧化铁沉淀物；（2）将氧化铁沉淀物和还原性碳源混合均匀，所述的还原性碳源选自下述一种或任意几种的组合：碳粉、葡萄糖、聚乙烯、乙炔黑、淀粉，然后置于马弗炉中控制温度在200~1000℃保温反应0.5~4小时，得到碳包覆空心四氧化三铁。所述的碳包覆空心四氧化三铁用作锂离子电池负极材料,能够显著提高导电性，保持结构稳定性，从而使得其能够在多次充放电循环后依然有较高的容量保持率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳包覆空心四氧化三铁及其作为锂离子电池负极材料的应用。
技术介绍
发展高性能锂电池的关键技术之一正是负极材料的研发。迄今为止，四氧化三铁作为一种新兴的锂离子电池负极材料具有无毒害，资源丰富，价格低廉，能量密度高等特点。基于四氧化三铁的锂离子电池具有极大的社会经济效益和重大的能源战略意义。目前氧化铁作为负极材料的主要问题是导电性差、循环过程中应力集中造成的结构坍塌造成其性能衰减严重，电化学稳定性不够理想。包覆碳的空心结构四氧化三铁可以极大地提高导电性、减小内应力、防止结构坍塌、提高该材料的电化学性能。在已经报导的碳包覆四氧化三铁的文献中，如 Zhao 等人(Zhao, X. Y. Xia, D. G. Zheng, K. Fe304/Fe/CarbonComposite and Its Application as Anode Material for Lithium-1on Batteries. AcsApplied Materials & Interfaces. 2012)公开了一种碳/四氧化三铁复合材料的制备方法，该方法原料需用到大量有机物，合成周期长，合成温度高，生产成本较高，不适合工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳包覆空心四氧化三铁及其作为锂离子电池负极材料的应用，所述的碳包覆空心四氧化三铁制备成本低、适于工业化生产，其在作为锂离子电池负极材料应用时能够显著提高导电性，独特的空心结构能够显著缓冲充放电过程中产生的内应力，保持结构稳定性，从而使得其能够在多次充放电循环后依然有较高的容量保持率。 下面对本专利技术的技术方案做具体说明。本专利技术提供了一种碳包覆空心四氧化三铁，其制备方法包括如下步骤(I)将三价铁盐加入溶剂中使其溶解，所述溶剂为水与乙醇的混合物，然后置于密封水热釜中于温度为10(T25(TC条件下水热反应2(T30小时，分离得到氧化铁沉淀物；(2)将氧化铁沉淀物和还原性碳源混合均匀，所述的还原性碳源选自下述一种或任意几种的组合碳粉、葡萄糖、聚乙烯、乙炔黑、淀粉，然后置于马弗炉中控制温度在20(Tl000°C保温反应0. 5^4小时，得到碳包覆空心四氧化三铁。本专利技术所述密封水热釜为能够保持反应在密闭高压条件下进行的密闭容器。作为优选，所述的三价铁盐选自下列一种或任意几种的组合氯化高铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁、乙酰丙酮铁。作为优选，步骤(I)所述溶剂为体积比1:0. 5^2的水与乙醇的混合物。作为优选，步骤(2)中，还原性碳源与制备所述氧化铁沉淀物消耗的三价铁盐的投料质量比为广5 :1。作为优选，步骤(2)中，控制温度在30(T500°C保温反应广4小时。本专利技术具体推荐所述的碳包覆空心四氧化三铁按照如下步骤进行制备(I)将三价铁盐加入溶剂中使其溶解，所述的三价铁盐选自下列一种或任意几种的组合氯化高铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁、乙酰丙酮铁，所述溶剂为体积比1:0. 5 2水与乙醇的混合物，然后置于密封水热釜中于温度为10(T25(TC条件下水热反应2(T30小时，分离得到氧化铁沉淀物；(2)将氧化铁沉淀物和还原性碳源混合均匀，所述的还原性碳源选自下述一种或任意几种的组合碳粉、葡萄糖、聚乙烯、乙炔黑、淀粉，还原性碳源与制备所述氧化铁沉淀物消耗的三价铁盐的投料质量比为广5 :1，然后置于马弗炉中控制温度在30(T50(TC保温反应广4小时，得到碳包覆空心四氧化三铁。本专利技术制得的碳包覆空心四氧化三铁是长度为f 2微米的立方体空心颗粒，其表面有碳包覆层。本专利技术还提供了所述的碳包覆空心四氧化三铁作为锂离子电池负极材料的应用，其作为锂离子电池负极材料具有比容量高、导电性好、循环稳定性优良，可作为锂离子电池负极材料广泛应用于高性能锂离子电池等领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于A)本专利技术的碳包覆空心四氧化三铁的制备方法低成本、适于工业化生产。B)本专利技术制得的碳包覆空心四氧化三铁作为锂离子电池负极材料应用时，能够显著提高其导电性，独特的空心结构能够显著缓冲充放电过程中产生的内应力，保持结构稳定性，从而使得其能够在多次充放电循环后依然有较高的容量保持率。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的碳包覆空心四氧化三铁的扫描电子显微镜照片，证明其为空心结构。图2是本专利技术实施例2制得的碳包覆空心四氧化三铁的透射电子显微镜照片，除佐证其为空心结构外，可见其表面有一层碳包覆层。图3是本专利技术实施例1制得的碳包覆空心四氧化三铁作为锂离子电池负极材料的电化学性能图，远超传统锂电池石墨负极材料(372 mAh/g)。具体实施例方式下面以具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1首先将0. 4g氯化高铁溶于18ml水与22ml乙醇的混合溶剂中。经搅拌溶解后，力口入密闭水热釜置于180°C的烘箱中保温20小时。将反应后水热釜中的氧化铁沉淀过滤，洗涤，干燥。在氧化铁粉末中加入0. 5g葡萄糖并混合均匀，然后置于300°C马弗炉中保温3小时后得到最终产物。为颗粒均匀的碳包覆四氧化三铁(见图1)。以70:20:10的质量比分别称取碳包覆空心四氧化三铁乙炔黑聚偏二氟乙烯，研磨均匀后涂覆在铜箔上制成电极，采用金属锂片为正极，电解液为I mol/L LiPF6/EC-DMC(体积比为1:1)，聚丙烯微孔薄膜为隔膜(Celgard 2300)，组装成纽扣电池(CR 2025)。图3为相应电池在0.1 A/g的电流密度下0.01-3.0 V电压范围内的长时间循环曲线，可以发现该复合电极材料具有优良的循环稳定性，50次循环后比容量仍高于800 mAh/g。实施例2首先将0. 5g氯化高铁溶于20ml水与20ml乙醇的混合溶剂中。经搅拌溶解后，力口入密闭水热釜置于170°C的烘箱中保温24小时。将反应后水热釜中的氧化铁沉淀过滤，洗涤，干燥。在氧化铁粉末中加入0. 6g葡萄糖并混合均匀，然后置于350°C马弗炉中保温4小时后得到最终产物。产物形貌类似图1。用所制得的碳包覆空心四氧化三铁材料按实施例1的方法制备成电极，组装成模拟电池，在0.1 A/g的电流密度下，其可逆容量达830 mAh/g。实施例3首先将0. 4g氯化高铁溶于16ml水与24ml乙醇的混合溶剂中。经搅拌溶解后，力口入密闭水热釜置于190°C的烘箱中保温26小时。将反应后水热釜中的氧化铁沉淀过滤，洗涤，干燥。在氧化铁粉末·中加入0. Sg葡萄糖并混合均匀，然后置于350°C马弗炉中保温2小时后得到最终产物。产物形貌类似图1。用所制得的碳包覆空心四氧化三铁材料按实施例1的方法制备成电极，组装成模拟电池，在0.1 A/g的电流密度下,其可逆容量达810 mAh/g。实施例4首先将0. 3g氯化高铁溶于24ml水与16ml乙醇的混合溶剂中。经搅拌溶解后，力口入密闭水热釜置于200°C的烘箱中保温22小时。将反应后水热釜中的氧化铁沉淀过滤，洗涤，干燥。在氧化铁粉末中加入Ig葡萄糖并混合均匀，然后置于400°C马弗炉中保温I小时后得到最终产物。产物形貌类似图1。用所制得的碳包覆空心四氧化三铁材料按实施例1的方法制备成电极，组装成模拟电池，在0.1 A/g的电流密度下,其可逆容量达840 mAh/g。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳包覆空心四氧化三铁，其特征在于所述碳包覆空心四氧化三铁的制备方法包括如下步骤：（1）将三价铁盐加入溶剂中使其溶解，所述溶剂为水与乙醇的混合物，然后置于密封水热釜中于温度为100~250℃条件下水热反应20~30小时，分离得到氧化铁沉淀物；（2）将氧化铁沉淀物和还原性碳源混合均匀，所述的还原性碳源选自下述一种或任意几种的组合：碳粉、葡萄糖、聚乙烯、乙炔黑、淀粉，然后置于马弗炉中控制温度在200~1000℃保温反应0.5~4小时，得到碳包覆空心四氧化三铁。
【技术特征摘要】
1.一种碳包覆空心四氧化三铁，其特征在于所述碳包覆空心四氧化三铁的制备方法包括如下步骤 (1)将三价铁盐加入溶剂中使其溶解，所述溶剂为水与乙醇的混合物，然后置于密封水热釜中于温度为10(T25(TC条件下水热反应2(T30小时，分离得到氧化铁沉淀物； (2)将氧化铁沉淀物和还原性碳源混合均匀，所述的还原性碳源选自下述一种或任意几种的组合碳粉、葡萄糖、聚乙烯、乙炔黑、淀粉，然后置于马弗炉中控制温度在20(Tl000°C保温反应0. 5^4小时，得到碳包覆空心四氧化三铁。2.根据权利要求1所述的碳包覆空心四氧化三铁，其特征在于所述的三价铁盐选自下列一种或任意几种的组合氯化高铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁、乙酰丙酮铁。3.根据权利要求1所述的碳包覆空心四氧化三铁，其特征在于步骤(I)所述溶剂为体积比1:0. 5^2的水与乙醇的混合物。4.根据权利要求1所述的碳包覆空心四氧化三铁，其特征在于所述步骤(2)中，还原性碳源与制备所述氧化铁沉淀物消耗的三价铁盐的投料质量比...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖涵，张文魁，陶新永，黄辉，甘永平，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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