[发明专利]一种用于钠离子电池的CuFe2O4/C复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于钠离子电池的CuFe₂O₄/C复合负极材料的制备方法，所述的CuFe₂O₄/C材料是采用回流法制备金属‑有机框架材料，再将其高温煅烧而得。具体为将硝酸铜、硝酸铁溶于水和乙醇的混合溶剂中，再将均苯三甲酸加入溶液；所得溶液移入至反应器中在一定温度条件下回流反应，离心分离，真空干燥，得到混合金属有机框架前驱体Fe/Cu(BTC)，所得前驱体煅烧后即可得到所述CuFe₂O₄/C复合材料。本发明工艺简单易于操作，材料的稳定性高；碳材料复合可以加快钠离子和电子传输速度，增加材料的电化学活性。本发明工艺成本低，步骤简单，实用化程度高，且得到的CuFe₂O₄/C具有良好的储钠性能。

技术领域

本发明属于材料合成及能源技术领域，具体涉及一种钠离子电池用CuFe₂O₄制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前应用最广泛的高能电池体系，但随着3C产品、新能源汽车等产业对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将面临短缺问题。钠作为常见元素，储量比锂资源高几个数量级，约占地壳的2.64%，而且分布均匀，易于提炼。因此，更低成本的钠离子电池是一种极有发展潜力的二次电池。

钠离子电池仍处于研究阶段，研究者对正极材料开展了广泛的研究，但是对钠离子电池负极材料的研究仍处于起步阶段。目前现有的负极材料主要有碳基材料如石油焦、钛基材料如TiO₂和钠合金材料等，但这些材料的理论容量较低（不足300mAh/g），难以满足高能量密度钠离子电池的要求。最近两年的研究表明，铁酸盐类钠离子电池负极材料具有很高的实际可逆容量（高于400mAh/g）。其中CuFe₂O₄具有一定的代表性，CuFe₂O₄通常采用固相或水热法等方法制备，这些方法存在工艺复杂、操作难度大和产品结晶度低的问题。加上CuFe₂O₄的电子和离子导电率低，导致倍率性能不佳，限制了其在钠离子电池负极上的大规模使用。

金属有机框架材料是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键的进行结合，其结构具有结晶性、可调性、可修饰化和易功能化等特点，因此在诸多领域都具有广阔的应用空间。近几年，随着对金属有机框架材料研究的深入，利用其作为前驱体制备金属氧化物材料表现出独特的优势。

发明内容

本发明通过金属有机框架制备CuFe₂O₄/C复合材料作为钠离子电池负极。该方法工艺简单，产品的理化性质均匀，在制备CuFe₂O₄的同时将碳附着在颗粒表面，既可以加快电子和钠离子的传输速度，提高倍率性能，又可以增强材料的电化学活性，提高材料的储钠稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤。

（1）将硝酸铜、硝酸铁溶于水和乙醇的混合溶剂中，待完全溶解后再将均苯三甲酸（H₃BTC）加入溶液，磁力搅拌0.5-3h，将混合溶液放入反应器，在80～150℃下回流反应，并恒温12～36h。

（2）用乙醇将步骤（1）中产物冲洗，然后离心分离，再在70～120℃下真空干燥6～24h，得到混合金属有机框架前驱体Fe/Cu(BTC)。

（3）将前驱体Fe/Cu(BTC)，在氮气气氛下，300～650℃煅烧，即可得到用于钠离子电池的CuFe₂O₄/C复合负极材料。

进一步地，步骤（1）中硝酸铜与硝酸铁的摩尔比为1:2，硝酸盐与均苯三甲酸的摩尔比为(7～8):(4～5)，水和乙醇的体积比为(0.5～3):1。