[发明专利]纳米三氧化二铁/剑麻炭锂离子电池复合负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料的制备方法。 

背景技术

当今社会，伴随不可再生资源的日益减少，开发和利用新能源成为实现可持续发展的重要途径。锂离子电池以其高能量密度、高功率密度及良好的安全性等优异性能备受青睐，其应用领域不断扩大，不仅应用于小型电子设备，近年又向动力电池方向发展。锂离子电池的制造成本中，电极材料所占比例最高，达到50-60%，并且电池内部的电极材料控制着整个电池的电化学反应。因此，电极材料作为锂离子电池的核心，一直以来是制约锂离子电池发展的关键因素之一。目前锂离子电池实际商品化的负极材料都是炭材料，其中石墨类材料具有电极电位低、循环效率高、廉价易得和无毒无害等优点，是目前比较常用的负极材料。但是由于其理论容量仅仅为372 mAh/g且大电流充放电能力较差，随着社会的发展，已经不能满足日益增长的社会需求。 

生物质材料是储量丰富的可再生资源，属于天然高分子材料，经过炭化制备的生物质炭材料和其它碳材料一样具有较好的循环稳定性，但是往往容量偏低，制约了其在锂离子电池上的应用。 

Fe₂O₃具有很高的理论比容量（1005mAh/g），但是无法单独用作锂离子电池负极材料，制约其应用的主要因素在于其容量衰减过快即循环稳定性太差，充放电过程中会发生体积膨胀而导致材料粉化。 

结合碳材料循环稳定性好以及非碳类材料高比容量的优势，将两种材料复合，开发新型的高容量复合材料是未来负极材料的发展趋势。 

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料的制备方法，以降低锂离子电池的生产成本，提高其使用性能。 

具体步骤为： 

（1）将剑麻纤维在气体流量为20-100ml/min的氮气气氛下炭化0.5-3小时得剑麻纤维炭，炭化温度为600-1000℃，升温速率为1-10℃/min，然后研磨成100-300目的剑麻炭粉末。

（2）在100ml水中加入0.875-3.5g氯化铁，待完全溶解后再加入0.25-0.75g步骤（1）所得的剑麻炭粉末，然后边搅拌边加入0.3-0.9g尿素，在密闭反应釜中水热反应12-24小时，反应温度120-180℃，反应完成后用水洗涤至中性，最后将产物烘干，即得到纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料，其中Fe₂O₃的平均粒径为10-500nm。 

剑麻作为一种生物质能源，具有来源丰富、可再生、易降解、无污染等优点，对环境保护和农业的可持续发展有长远意义。剑麻炭做负极材料具有很好的循环稳定性，而三氧化二铁做负极材料具有很高的理论比容量，本发明方法制备的复合材料充分发挥了两者的协同效应，具有比容量高、循环稳定性好的特点。 

本发明采用剑麻纤维作为生物质原料制备剑麻炭，并通过与纳米三氧化二铁复合制备锂离子电池负极材料，不仅极大地节约了生产成本，而且绿色环保，测试结果亦表明纳米三氧化二铁/剑麻炭复合材料具有优良的电化学性能，为锂离子电池负极材料的制备提供了新途径。 

附图说明

图1为本发明实施例1制备的纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料的XRD图。 

图2为本发明实施例1制备的纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料的SEM图。 

图3为本发明实施例1制备的纳米三氧化二铁/剑麻炭(Nano-Fe₂O₃/SFC)锂离子电池复合负极材料的循环性能图。 

具体实施方式

实施例1： 

（1）将剑麻纤维在气体流量为40ml/min的氮气气氛下炭化1小时得剑麻纤维炭，炭化温度为900℃，升温速率为3℃/min，然后研磨成300目的剑麻炭粉末。