本发明专利技术涉及一种石墨-四氧化三铁复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）制备活性物质Fe3O4；（2）通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，再将包覆有炭层的纳米硅球粉与石墨进行球磨混合得到高可逆容量石墨混合物；（3）称取一定量的上述活性物质Fe3O4，加入氧化镝和高可逆容量石墨混合物，再加入占PVA粘结剂，搅拌均匀后，得到石墨-四氧化三铁复合负极材料。本发明专利技术制备的锂离子电池用石墨-四氧化三铁复合负极材料，将比容量较高-四氧化三铁复合负极材料和高可逆容量的石墨材料结合在一起，使得其兼具高容量、高充放电速率以及高循环稳定性的特点。
【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉。
技术介绍
能源是人类社会发展的重要物质基础，但煤碳、石油和天然气等矿物能源存量锐减使人类面临资源枯竭的压力，同时环境污染问题也日趋严重。因此，能源和环境问题已经成为世界各国关注的焦点。提高能源使用效率、开发利用可再生能源、保护生态环境、实现可持续发展已成为各国政府和科研人员的共同目标和课题。从战略上说，开发可再生能源是解决能源问题的根本，因此这方面的研究工作已受到广泛关注，锂离子电池是可再生能源里的一个重要分支。商业化锂离子电池普遍采用石墨材料作为负极，它的理论比容量仅有372mAh/g，且在快速充放电过程中存在石墨层剥落现象，导致明显的容量衰减；此外，石墨负极材料的嵌锂电位与锂析出电位接近，组装成电池组后，某些单电池在快速充放电过程中易产生锂枝晶现象，这些因素都严重制约其在动力锂离子电池中的应用。因此，采用其它材料代替石墨负极成为锂离子电池研究的重点。近年来，人们发现某些铁氧化物也可以用于锂离子电池负极材料，主要包括FeO、Fe304以及a-Fe203。这类材料具有比容量高、资源丰富、环境友好以及价格低廉等优点，此外，FeO与Fe304还具有较好的导电性能，有望在高功率锂离子电池方面得到应用。铁氧化物的嵌锂过程与其它过渡金属氧化物负极材料类似。三种铁氧化物材料中，a-Fe203的理论比容量最高，约为1005mAh/g，但导电性能极差，即使在制备用于低功率充放电的电极片时，也往往需添加40%左右的导电剂，很难实现商业化应用。Fe304的理论比容量虽然较低，仅为745mAh/g，但导电性能较好，可用于高容量型锂离子电池负极材料。但是Fe304脱锂还需更充分，首次充放电效率有待提高。
技术实现思路
为克服上述不足，本专利技术提供，使用该方法制备的负极材料，具有较高容量、较高的首次充放电效率和良好的循环稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提供的，包括如下步骤: (1)制备活性物质Fe3O4 用去离子水和氯化亚铁配制 浓度为1.5-2mol/L的氯化亚铁溶液,用去离子水和氢氧化钾配制浓度为2-3mol/L的氢氧化钾溶液，将氯化亚铁溶液加热至95-99°C，将氢氧化钾溶液以喷淋的方式加入到氯化亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入氧气，等到不在出现新的沉淀物时停止喷淋氢氧化钠溶液，然后加入氯化亚铁含量2-3 %的炭黑，再鼓入氧气20-40min,过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀物至不含盐酸根粒子，将沉淀物烘干后，放到800-850°C的条件下还原，将还原后的物质粉碎至过30目筛，得到活性物质Fe3O4 ； (2)制备高可逆容量石墨混合物首先，通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，其中的炭层重量占15-20%，具体步骤为:将纳米硅球粉放在化学气相炉内，以氮气为载气，载气流速为200-300ml/分钟，在氮气保护下，将化学气相炉内温度以5_10°C /分钟的升温速率升至750-850°C，再通入甲烷，甲烷的体积浓度为载气的10-15%，进行化学气相沉积，化学气相沉积时间为l_2h，压力为常压； 再将包覆有炭层的纳米娃球粉与石墨进行球磨混合3-6h,球磨速度为300-400r/min,其中的纳米硅球粉重量占混合物总重的15-25%，得到高可逆容量石墨混合物； (3)合成石墨-四氧化三铁复合负极材料 称取一定量的上述活性物质Fe3O4,按Fe3O4的量加放l_2wt %的氧化镝，10-15wt %的上述高可逆容量石墨混合物，再加入占Fe3O4的量的20-30wt%的浓度为15_20wt% PVA粘结齐U，搅拌均匀后，得到石墨-四氧化三铁复合负极材料。本专利技术制备的锂离子电池用石墨-四氧化三铁复合负极材料，将比容量较高-四氧化三铁复合负极材料和高可逆容量的石墨材料结合在一起，使得其兼具高容量、高充放电速率以及高循环稳定性的特点。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的容量、快速的充放电速度以及较长的使用寿命。具体实施方式实施例一 用去离子水和氯化亚铁配制浓度为1.5mol/L的氯化亚铁溶液,用去离子水和氢氧化钾配制浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，将氯化亚铁溶液加热至95°C，将氢氧化钾溶液以喷淋的方式加入到氯化亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入氧气，等到不在出现新的沉淀物时停止喷淋氢氧化钠溶液，然后加入氯化亚铁含量2%的炭黑，再鼓入氧气20min，过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀物至不含盐酸根粒子，将沉淀物烘干后，放到800°C的条件下还原，将还原后的物质粉碎至过30目筛，得到活性物质Fe3O4。首先，通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，其中的炭层重量占15%，具体步骤为:将纳米硅球粉放在化学气相炉内，以氮气为载气，载气流速为200ml/分钟，在氮气保护下，将化学气相炉内温度以5°C /分钟的升温速率升至750°C，再通入甲烷，甲烷的体积浓度为载气 的10%，进行化学气相沉积，化学气相沉积时间为2h，压力为常压；再将包覆有炭层的纳米硅球粉与石墨进行球磨混合6h，球磨速度为300r/min，其中的纳米硅球粉重量占混合物总重的15%，得到高可逆容量石墨混合物。称取IOg上述活性物质Fe3O4,按Fe3O4的量加放Iwt %的氧化镝，IOwt %的上述高可逆容量石墨混合物，再加入占Fe3O4的量的20wt%的浓度为15wt% PVA粘结剂，搅拌均匀后，得到石墨-四氧化三铁复合负极材料。实施例二 用去离子水和氯化亚铁配制浓度为2mol/L的氯化亚铁溶液,用去离子水和氢氧化钾配制浓度为3mol/L的氢氧化钾溶液，将氯化亚铁溶液加热至99°C，将氢氧化钾溶液以喷淋的方式加入到氯化亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入氧气，等到不在出现新的沉淀物时停止喷淋氢氧化钠溶液，然后加入氯化亚铁含量3%的炭黑，再鼓入氧气40min，过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀物至不含盐酸根粒子，将沉淀物烘干后，放到850°C的条件下还原，将还原后的物质粉碎至过30目筛，得到活性物质Fe3O4。首先，通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，其中的炭层重量占20%，具体步骤为:将纳米硅球粉放在化学气相炉内，以氮气为载气，载气流速为300ml/分钟，在氮气保护下，将化学气相炉内温度以10°C /分钟的升温速率升至850°C，再通入甲烷，甲烷的体积浓度为载气的15%，进行化学气相沉积，化学气相沉积时间为lh，压力为常压；再将包覆有炭层的纳米硅球粉与石墨进行球磨混合3h，球磨速度为400r/min，其中的纳米硅球粉重量占混合物总重的25%，得到高可逆容量石墨混合物。称取IOg上述活性物质Fe3O4,按Fe3O4的量加放2wt%的氧化镝，15wt%的上述高可逆容量石墨混合物，再加入占Fe3O4的量的30wt%的浓度为20wt% PVA粘结剂，搅拌均匀后，得到石墨-四氧化三铁复合负极材料。比较例 首先，采用行星式球磨机与玛瑙球磨罐，设置转速为250rpm，将市售柠檬酸铁颗粒球磨3h制得柠檬酸铁粉末。称取Ig市售酚醛树脂，加入到5ml无水乙醇中，搅拌一段时间形成流动性较好的均相溶液。称取IOg柠檬酸铁粉末并在搅拌下加入上述溶液中，继续搅拌一段时间直至混合均匀，然后在40°C下加热搅拌至乙醇完全挥发。将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨?四氧化三铁复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）制备活性物质Fe3O4用去离子水和氯化亚铁配制浓度为1.5?2mol/L的氯化亚铁溶液，用去离子水和氢氧化钾配制浓度为2?3mol/L的氢氧化钾溶液，将氯化亚铁溶液加热至95?99℃，将氢氧化钾溶液以喷淋的方式加入到氯化亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入氧气，等到不在出现新的沉淀物时停止喷淋氢氧化钠溶液，然后加入氯化亚铁含量2?3％的炭黑，再鼓入氧气20?40min，过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀物至不含盐酸根粒子，将沉淀物烘干后，放到800?850℃的条件下还原，将还原后的物质粉碎至过30目筛，得到活性物质Fe3O4?；（2）制备高可逆容量石墨混合物首先，通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，其中的炭层重量占15?20％，具体步骤为：将纳米硅球粉放在化学气相炉内，以氮气为载气，载气流速为200?300ml/分钟，在氮气保护下，将化学气相炉内温度以5?10℃/分钟的升温速率升至750?850℃，再通入甲烷，甲烷的体积浓度为载气的10?15％，进行化学气相沉积，化学气相沉积时间为1?2h，压力为常压；再将包覆有炭层的纳米硅球粉与石墨进行球磨混合3?6h，球磨速度为300?400r/min，其中的纳米硅球粉重量占混合物总重的15?25％，得到高可逆容量石墨混合物；（3）合成石墨?四氧化三铁复合负极材料称取一定量的上述活性物质Fe3O4，按Fe3O4的量加放1?2wt％的氧化镝，10?15wt％的上述高可逆容量石墨混合物，再加入占Fe3O4的量的20?30wt%的浓度为15?20wt％PVA粘结剂，搅拌均匀后，得到石墨?四氧化三铁复合负极材料。...
【技术特征摘要】
1.一种石墨-四氧化三铁复合负极材料的制备方法，包括如下步骤: (1)制备活性物质Fe3O4 用去离子水和氯化亚铁配制浓度为1.5-2mol/L的氯化亚铁溶液,用去离子水和氢氧化钾配制浓度为2-3mol/L的氢氧化钾溶液，将氯化亚铁溶液加热至95-99°C，将氢氧化钾溶液以喷淋的方式加入到氯化亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入氧气，等到不在出现新的沉淀物时停止喷淋氢氧化钠溶液，然后加入氯化亚铁含量2-3 %的炭黑，再鼓入氧气20-40min,过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀物至不含盐酸根粒子，将沉淀物烘干后，放到800-850°C的条件下还原，将还原后的物质粉碎至过30目筛，得到活性物质Fe3O4 ； (2)制备高可逆容量石墨混合物 首先，通过化学气相沉积的方法在纳米硅球粉表面均匀包覆炭层，其中的炭层重量占15-20%，具体步骤为...
【专利技术属性】
技术研发人员：马军昌，
申请(专利权)人：马军昌，
类型：发明
国别省市：
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