[发明专利]一种碳/铁酸镍纳米复合纤维材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域，具体涉及一种利用模板法制备氧化物纳米复合纤维负极材料的通用方法。

背景技术

负极材料是锂离子电池的重要组成。传统石墨负极材料具有良好的使用稳定性及安全性能。然而，石墨负极的理论能量密度仅372 mAh g^-1（F. Wu, R. Huang, D. Mu, et al., New Synthesis of a Foamlike Fe₃O₄/C Composite via a Self-Expanding Pr℃ess and Its Electr℃hemical Performance as Anode Material for Lithium-Ion Batteries [J]. ACS Applied Materials &Interfaces, 2014, 6, 19254-19264.），无法满足人们对高性能锂电池的需求。近年来，过渡金属氧化物负极材料因其能量密度大、成本低和环境友好等特点受到了广大科研工作者的关注。其中，铁酸镍双金属氧化物因其极高的质量能量密度（915 mAh g^-1）成为了新型负极材料的研究热点（Y. Ding, Y. Yang, H. Shao, One-Pot Synthesis of NiFe₂O₄/C Composite as An Anode Material for Lithium-Ion Batteries [J]. Journal of Power Sources, 2013, 244, 610-613.）。然而，铁酸镍在充-放电时的体积效应变化会导致材料结构的坍塌，造成活性材料粉体化、循环稳定性差（C. T. Cherian, J. Sundaramurthy, M. V. Reddy, et al., Morphologically Robust NiFe₂O₄ Nanofibers as High Capacity Li-Ion Battery Anode Material [J], ACS Applied Materials &Interfaces, 2013, 5, 9957-9963.）；同时，铁酸镍自身较低的电导率还严重影响了其倍率性能，大电流条件下可逆放电容量低（P. Preetham, S. Mohapatra, S. V. Nair, et al., Ultrafast Pyro-Synthesis of NiFe₂O₄ Nanoparticles Within A Full Carbon Network as A High-Rate and Cycle-Stable Anode Material for Lithium Ion Batteries [J], RSC advances, 2016, 6, 38064-38070.）。目前，主要采用以下两种方法改善铁酸镍的电化学性能：一是制备成纳米化电极材料（J. Wang, G. Yang, L. Wang, et al., Synthesis of One-Dimensional NiFe₂O₄ Nanostructures: Tunable Morphology and High-Performance Anode Materials for Li-ion Batteries [J], Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4, 8620-8629.），即将铁酸镍制备成纳米尺度的电极材料来有效抑制体积效应造成的结构坍塌，提高循环性能；同时，纳米化可缩短离子传输距离，提高电极与电解液的接触面积，强化倍率性能；二是进行碳材料包覆修饰（E. K. Heidari, B. Zhang, M. H. Sohi, et al., Sandwich-Structure Graphene-NiFe₂O₄-Carbon Nan℃omposite Anodes with Exceptional Electr℃hemical Performance for Li Ion Batteries [J], Journal of Materials Chemistry A, 2014, 2, 8314-8322.），通过将铁酸镍与电导率较高的碳材料复合来提高电极材料的电导率，从而优化传质动力学进而获得良好的倍率性能。