纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的制备方法.pdf

1、10申请公布号CN104078656A43申请公布日20141001CN104078656A21申请号201410325039022申请日20140709H01M4/139120100171申请人桂林理工大学地址541004广西壮族自治区桂林市建干路12号72发明人覃爱苗余心亮田宁杜锐韦春54发明名称纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的制备方法57摘要本发明公开了一种纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的制备方法。1将洗净烘干的剑麻纤维在惰性气氛下炭化后磨碎得到剑麻炭粉末。2将铁源溶于水中，加入剑麻炭粉末，然后加入沉淀剂，油浴反应一段时间后，洗涤过滤得到负极材料前驱体。3将负极材料前

2、驱体在惰性气氛下煅烧，得到黑色固体粉末即纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料。电化学测试表明，本发明制备的纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料有着较高的容量和较好的循环稳定性，首次充电比容量达到414MAH/G，显著于石墨负极材料的理论比容量（372MAH/G）。30个循环后充电比容量仍能维持在401MAH/G，是初始充电比容量的969，说明了其良好的循环稳定性。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页10申请公布号CN104078656ACN104078656A1/1页21一种纳米四氧化三铁/剑麻炭

3、锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为（1）将剑麻纤维经过清洗并烘干后置于真空管式电阻炉中，在气体流量为20100ML/MIN的惰性气氛下炭化053小时，炭化温度为6001000，升温速率为110/MIN，自然冷却后即获得黑色纤维状的剑麻炭，然后经机械研磨得到粒径为100300目的剑麻炭粉末；（2）在100ML水中加入055G铁源和055G步骤（1）所得的剑麻炭粉末，然后边搅拌边加入相当于铁源质量15倍的沉淀剂，在60120的恒温油浴搅拌反应15120分钟，过滤，用去离子水洗涤直至PH7，再用无水乙醇洗涤一遍，最后在60100真空干燥1224小时，得到负极材料前驱体；（3）将步骤（

4、2）得到的负极材料前驱体在在气体流量为20100ML/MIN的惰性气氛下煅烧053小时，煅烧温度为5001000，升温速率为110/MIN，得到黑色固体粉末即纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料；所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或多种；所述的沉淀剂为尿素、醋酸钠、氢氧化钠、氨水、碳酸氢钠、碳酸钠和氢氧化钾中的一种或多种；所述的惰性气体为氩气、氮气和氦气中的一种或多种。权利要求书CN104078656A1/3页3纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的制备方法技术领域0001本发明涉及一种纳米四氧化三铁/剑麻炭NANOFE3O4/SFC锂离子电池负极材料的制备方法。背

5、景技术0002锂离子电池的出现，不仅彻底改变了便携式电子市场，而且最近几年已经开始应用于电动汽车，越来越深刻地影响着人们的日常生活。虽然目前技术水平日益成熟，大规模产业化也已开始形成，但是锂离子电池依然存在诸多的不足，例如成本过高、安全性差和使用寿命短等，其中最关键的影响因素就是锂离子电池的电极材料。随着人们生活水平的提高，锂离子电池的需求量日渐增大，对性能也提出了越来越高的要求，因此寻找低成本、高容量的电极材料成为锂离子电池发展和改进的主要方向。0003生物质材料是全球储量最丰富的可再生资源，本发明采用剑麻纤维作为原料制备剑麻炭纤维，并通过与四氧化三铁纳米微粒复合制备锂离子电池负极材料，极大

6、地节约了生产成本，测试结果亦表明纳米四氧化三铁/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选择提供了一种新的方向。发明内容0004本发明的目的是提供一种纳米四氧化三铁/剑麻炭NANOFE3O4/SFC锂离子电池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。0005具体步骤为（1）将剑麻纤维经过清洗并烘干后置于真空管式电阻炉中，在气体流量为20100ML/MIN的惰性气氛下炭化053小时，炭化温度为6001000，升温速率为110/MIN，自然冷却后即获得黑色纤维状的剑麻炭，然后经机械研磨得到粒径为100300目的剑麻炭粉末。0006（2）在100ML水中加入0

7、55G铁源和055G步骤（1）所得的剑麻炭粉末，然后边搅拌边加入相当于铁源质量15倍的沉淀剂，在60120的恒温油浴搅拌反应15120分钟，过滤，用去离子水洗涤直至PH7，再用无水乙醇洗涤一遍，最后在60100真空干燥1224小时，得到负极材料前驱体。0007（3）将步骤（2）得到的负极材料前驱体在在气体流量为20100ML/MIN的惰性气氛下煅烧053小时，煅烧温度为5001000，升温速率为110/MIN，得到黑色固体粉末即纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料。0008（4）将步骤（3）所得纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯（PVDF）按质量百分比为6090、

8、535和535的比例混合，其中负极材料、乙炔黑及PVDF的质量百分比之和为100，加入溶剂N甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀至糊状，均匀涂抹在厚度为520M的铜箔上，先于4060条件下烘干，再于105120条件下真空干燥12小时，冲制成直径为16MM的圆形极片。说明书CN104078656A2/3页40009（5）以锂片为负极，步骤（4）得到的圆形极片为正极，微孔聚丙烯膜为隔膜，1MOL/L的LIPF6/EC碳酸乙烯酯DMC碳酸二甲酯DEC碳酸二乙酯作为电解液（电解液中LIPF6为溶质，溶剂ECDMCDEC的体积比为111），在充满高纯氩气的的手套箱中组装成CR2025型纽扣模拟电池。0010

9、（6）将电池封口并放置624小时后进行电化学测试。0011所述的铁源为氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或多种。0012所述的沉淀剂为尿素、醋酸钠、氢氧化钠、氨水、碳酸氢钠、碳酸钠和氢氧化钾中的一种或多种。0013所述的惰性气体为氩气、氮气和氦气中的一种或多种。0014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，而四氧化三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。0015电化学测试表明，本发明制备的纳米四氧化三

10、铁/剑麻炭锂离子电池负极材料有着较高的容量和较好的循环稳定性，首次充电比容量达到414MAH/G，显著于石墨负极材料的理论比容量（372MAH/G）。30个循环后充电比容量仍能维持在401MAH/G，是初始充电比容量的969，说明了其良好的循环稳定性。附图说明0016图1为本发明实施例制备的纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的XRD图。0017图2本发明实施例制备的纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的SEM图。0018图3本发明实施例制备的纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料的电化学循环性能图。具体实施方式0019实施例（1）将剑麻纤维经过清洗并烘干后置于真空管式电阻炉中，在气

11、体流量为40ML/MIN的氮气气氛下炭化1小时，炭化温度为900，升温速率为3/MIN，自然冷却后即获得剑麻炭；然后将剑麻炭以35R/S的转速球磨5小时，得到平均粒径为300目的剑麻炭粉末。0020（2）在100ML水中加入1G氯化亚铁和1G步骤（1）所得的剑麻炭粉末，然后边搅拌边加入1G尿素，在95的恒温油浴搅拌反应50分钟后，过滤，用去离子水洗涤直至PH7，再用无水乙醇洗涤一遍，在空气中放置12小时，最后80真空干燥24小时，得到负极材料前驱体。0021（3）将步骤（2）所得的负极材料前驱体放入真空管式气氛炉中，在40ML/MIN的氮气气氛下加热到600，保温30分钟，升温速率为3/MIN

12、，冷却到室温后取出，得到最终产物为黑色固体粉末即纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池（NANOFE3O4/SFC）负极材料，其XRD图见附图1，图1表明该产物为FE3O4/SFC复合物，产物的SEM图见附图2，图2表明复说明书CN104078656A3/3页5合物中的FE3O4纳米微粒为球形，直径为50200NM。0022（4）将04G步骤（3）所得的纳米四氧化三铁/剑麻炭锂离子电池负极材料、005G乙炔黑以及005G聚偏氟乙烯（PVDF）混合，加入溶剂N甲基吡咯烷酮（NMP），搅拌均匀至糊状，均匀涂抹在厚度为10M的铜箔上，先于60条件下烘干，再于100条件下真空干燥12小时，用冲片机冲制成直径

13、为16MM的圆形极片。0023（5）以锂片为负极，步骤（4）中得到的圆形极片正极，CELGARD2400微孔聚丙烯膜为隔膜，1MOL/L的LIPF6/ECDMCDEC作为电解液，电解液中LIPF6为溶质，溶剂ECDMCDEC的体积比为111，在充满高纯氩气的的手套箱中组装成CR2025型纽扣模拟电池。0024（6）将电池封口并放置12小时后测试，在0013V的电压范围和50MA/G的电流密度下进行30次恒流充放电测试。0025测试结果（见附图3）表明，复合物NANOFE3O4/SFC负极材料的首次放电比容量达到946MAH/G、充电比容量达到414MAH/G。30个循环后充电比容量仍能维持在401MAH/G，是初始充电比容量的969，说明了其良好的循环稳定性。说明书CN104078656A1/2页6图1图2说明书附图CN104078656A2/2页7图3说明书附图CN104078656A