鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法技術(shù)

鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法，它涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)的目的是要解決現(xiàn)有ZnFe2O4鋰離子電池負(fù)極材料在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)相變引起材料體積急劇變化，使得材料粉化，循環(huán)性能大幅度下降的問(wèn)題。方法：一、制備糖顆粒；二、制備碳微球；三、制備碳微球懸濁液；四、制備鋅-鐵混合溶液；五、制備鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液；六、制備共混物；七、制備納米尖晶石型ZnFe2O4粉末；八、燒結(jié)，得到鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料作為鋰離子電池電極材料使用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法
本專利技術(shù)涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
技術(shù)介紹
石油、煤炭等不可再生能源的日益枯竭與人類與日俱增的能源需求的矛盾以及化石燃料產(chǎn)生的污染氣體對(duì)環(huán)境造成的巨大破壞，導(dǎo)致目前全球變暖、疾病肆虐和自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，促使人們尋求清潔環(huán)保的替代能源。作為一種高效的清潔能源，鋰離子電池具有能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)和循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，已經(jīng)成為大量電子產(chǎn)品不可或缺的組成部分，更為重要的是，鋰離子電池極有可能替代石油成為動(dòng)力汽車的動(dòng)力源。負(fù)極材料的設(shè)計(jì)與制備是獲得高性能鋰離子二次電池的關(guān)鍵。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料多使用碳材料，在充放電過(guò)程中“鋰枝晶”的形成，容易造成電池短路引發(fā)爆炸，且石墨類碳材料的理論容量?jī)H為372mAh/g，因此尋找安全性能更好、比容量更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)的新型負(fù)極材料，已成為鋰離子電池研究的焦點(diǎn)。復(fù)合過(guò)渡金屬氧化物材料可以綜合運(yùn)用各單一過(guò)渡金屬氧化物的電化學(xué)活性，有效調(diào)控電池的工作電壓和可逆容量，很有可能成為下一代極具潛力的高比能量、高比功率鋰離子電池負(fù)極材料。其中ZnFe2O4以多種儲(chǔ)鋰機(jī)制并存，顯示出優(yōu)良的儲(chǔ)鋰性能，然而，由于ZnFe2O4的低電導(dǎo)率以及材料結(jié)構(gòu)相變的影響，長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中材料體積的急劇變化，使得材料粉化，循環(huán)性能大幅度下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是要解決現(xiàn)有ZnFe2O4鋰離子電池負(fù)極材料在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)相變引起材料體積急劇變化，使得材料粉化，循環(huán)性能大幅度下降的問(wèn)題，而提供鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法。鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的：一、制備糖顆粒：將糖溶于水中，并磁力攪拌混勻，得到濃度為0.5mol/L～2.0mol/L均相混合糖溶液，然后在溫度為180℃下進(jìn)行噴霧干燥，得到糖顆粒；二、制備碳微球：將糖顆粒置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為1℃/min～3℃/min從室溫升溫至500℃，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為5℃/min～10℃/min從溫度為500℃升溫至700℃～1200℃，隨爐冷卻至室溫后取出，得到碳微球；三、制備碳微球懸濁液：將碳微球加入蒸餾水中，并磁力攪拌2h～4h，得到碳微球懸濁液；步驟三中所述的碳微球的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為1g:(20mL～30mL)；四、制備鋅-鐵混合溶液：將鋅源化合物和鐵源化合物依次加入溶劑中，攪拌至鋅源化合物和鐵源化合物完全溶解，得到鋅-鐵混合溶液；步驟四中所述的鋅-鐵混合溶液中Zn2+與Fe3+的摩爾比為1:2；步驟四中所述的鋅源化合物的質(zhì)量與溶劑的體積比為1g:(120mL～180mL)；五、制備鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液：向鋅-鐵混合溶液中加入乙二醇和尿素，并磁力攪拌2h～4h，得到鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物的質(zhì)量與乙二醇的體積比為1g:(200mL～250mL)；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物與尿素的質(zhì)量比為1:(4～5)；六、制備共混物：將碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液混合，并磁力攪拌混勻，得到共混物；步驟六中所述的碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液的體積比為1:(4～6)；七、制備納米尖晶石型ZnFe2O4粉末：將共混物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并在溫度為180～240℃下反應(yīng)12h～48h，冷卻至室溫后取出，然后進(jìn)行過(guò)濾或者磁性分離，得到固體產(chǎn)物，先采用蒸餾水對(duì)固體產(chǎn)物清洗3～6次，再采用乙醇清洗3～6次，最后在溫度為40～80℃真空干燥箱中干燥4h～8h，得到納米尖晶石型ZnFe2O4粉末；八、燒結(jié)：將納米尖晶石型ZnFe2O4粉末放置在馬弗爐中，在溫度為500～800℃下燒結(jié)3h～5h，得到鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料。本專利技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：一、本專利技術(shù)方法合成的鋰離子中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，首次放電容量可以達(dá)到1000mAhg-1以上，充電容量為950mAhg-1以上，其庫(kù)侖效率達(dá)到85％以上，后續(xù)循環(huán)過(guò)程中，可逆容量可以維持在930mAhg-1左右，以50mAg-1的電流循環(huán)50次后，其可逆容量依舊能保持790mAhg-1左右，為傳統(tǒng)石墨類炭材料容量的2倍以上，且容量保持率達(dá)到80％左右，利用本專利技術(shù)制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性能和較高的比容量。二、本專利技術(shù)制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料具有特殊結(jié)構(gòu)(納米級(jí)中空結(jié)構(gòu))，納米粒徑可以改善電極與電解液間的接觸能力，中空結(jié)構(gòu)可以提高鋰離子的可逆脫嵌速率，并有效緩沖反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹和收縮。該制備方法獲得的材料有望推動(dòng)高容量、高循環(huán)穩(wěn)定性動(dòng)力電池在動(dòng)力汽車、高能量?jī)?chǔ)能設(shè)備等上的應(yīng)用進(jìn)程。附圖說(shuō)明圖1是試驗(yàn)一制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的XRD圖譜；圖2是試驗(yàn)一制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的SEM圖；圖3是試驗(yàn)一制備的鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的TEM圖；圖4是試驗(yàn)二制備的CR2025型電池前十次的充放電曲線圖；圖中A表示第一次充放電曲線圖，圖中B表示第二次充放電曲線圖，圖中C表示第三次充放電曲線圖，圖中D表示第四次充放電曲線圖，圖中E表示第五次充放電曲線圖，圖中F表示第十次充放電曲線圖；圖5是試驗(yàn)二制備的CR2025型電池循環(huán)性能圖，圖中▲表示放電曲線圖，圖中▼表示充電曲線圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的：一、制備糖顆粒：將糖溶于水中，并磁力攪拌混勻，得到濃度為0.5mol/L～2.0mol/L均相混合糖溶液，然后在溫度為180℃下進(jìn)行噴霧干燥，得到糖顆粒；二、制備碳微球：將糖顆粒置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為1℃/min～3℃/min從室溫升溫至500℃，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為5℃/min～10℃/min從溫度為500℃升溫至700℃～1200℃，隨爐冷卻至室溫后取出，得到碳微球；三、制備碳微球懸濁液：將碳微球加入蒸餾水中，并磁力攪拌2h～4h，得到碳微球懸濁液；步驟三中所述的碳微球的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為1g:(20mL～30mL)；四、制備鋅-鐵混合溶液：將鋅源化合物和鐵源化合物依次加入溶劑中，攪拌至鋅源化合物和鐵源化合物完全溶解，得到鋅-鐵混合溶液；步驟四中所述的鋅-鐵混合溶液中Zn2+與Fe3+的摩爾比為1:2；步驟四中所述的鋅源化合物的質(zhì)量與溶劑的體積比為1g:(120mL～180mL)；五、制備鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液：向鋅-鐵混合溶液中加入乙二醇和尿素，并磁力攪拌2h～4h，得到鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物的質(zhì)量與乙二醇的體積比為1g:(200mL～250mL)；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物與尿素的質(zhì)量比為1:(4～5)；六、制備共混物：將碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液混合，并磁力攪拌混勻，得到共混物；步驟六中所述的碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液的體積比為1:(4～6)；七、制備納米尖晶石型ZnFe2O4粉末：將共混物轉(zhuǎn)移本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法，其特征在于鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的：一、制備糖顆粒：將糖溶于水中，并磁力攪拌混勻，得到濃度為0.5mol/L～2.0mol/L均相混合糖溶液，然后在溫度為180℃下進(jìn)行噴霧干燥，得到糖顆粒；二、制備碳微球：將糖顆粒置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為1℃/min～3℃/min從室溫升溫至500℃，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為5℃/min～10℃/min從溫度為500℃升溫至700℃～1200℃，隨爐冷卻至室溫后取出，得到碳微球；三、制備碳微球懸濁液：將碳微球加入蒸餾水中，并磁力攪拌2h～4h，得到碳微球懸濁液；步驟三中所述的碳微球的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為1g:(20mL～30mL)；四、制備鋅?鐵混合溶液：將鋅源化合物和鐵源化合物依次加入溶劑中，攪拌至鋅源化合物和鐵源化合物完全溶解，得到鋅?鐵混合溶液；步驟四中所述的鋅?鐵混合溶液中Zn2+與Fe3+的摩爾比為1:2；步驟四中所述的鋅源化合物的質(zhì)量與溶劑的體積比為1g:(120mL～180mL)；五、制備鋅?鐵?乙二醇?尿素混合溶液：向鋅?鐵混合溶液中加入乙二醇和尿素，并磁力攪拌2h～4h，得到鋅?鐵?乙二醇?尿素混合溶液；步驟五中所述的鋅?鐵混合溶液中鋅源化合物的質(zhì)量與乙二醇的體積比為1g:(200mL～250mL)；步驟五中所述的鋅?鐵混合溶液中鋅源化合物與尿素的質(zhì)量比為1:(4～5)；六、制備共混物：將碳微球懸濁液與鋅?鐵?乙二醇?尿素混合溶液混合，并磁力攪拌混勻，得到共混物；步驟六中所述的碳微球懸濁液與鋅?鐵?乙二醇?尿素混合溶液的體積比為1:(4～6)；七、制備納米尖晶石型ZnFe2O4粉末：將共混物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并在溫度為180～240℃下反應(yīng)12h～48h，冷卻至室溫后取出，然后進(jìn)行過(guò)濾或者磁性分離，得到固體產(chǎn)物，先采用蒸餾水對(duì)固體產(chǎn)物清洗3～6次，再采用乙醇清洗3～6次，最后在溫度為40～80℃真空干燥箱中干燥4h～8h，得到納米尖晶石型ZnFe2O4粉末；八、燒結(jié)：將納米尖晶石型ZnFe2O4粉末放置在馬弗爐中，在溫度為500～800℃下燒結(jié)3h～5h，得到鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料。...

【技術(shù)特征摘要】
1.鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法，其特征在于鋰離子電池中空Z(yǔ)nFe2O4納米負(fù)極材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的：一、制備糖顆粒：將糖溶于水中，并磁力攪拌混勻，得到濃度為0.5mol/L～2.0mol/L均相混合糖溶液，然后在溫度為180℃下進(jìn)行噴霧干燥，得到糖顆粒；步驟一中所述的糖為葡萄糖或蔗糖；二、制備碳微球：將糖顆粒置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為1℃/min～3℃/min從室溫升溫至500℃，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以升溫速率為5℃/min～10℃/min從溫度為500℃升溫至700℃～1200℃，隨爐冷卻至室溫后取出，得到碳微球；三、制備碳微球懸濁液：將碳微球加入蒸餾水中，并磁力攪拌2h～4h，得到碳微球懸濁液；步驟三中所述的碳微球的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為1g：(20mL～30mL)；四、制備鋅-鐵混合溶液：將鋅源化合物和鐵源化合物依次加入溶劑中，攪拌至鋅源化合物和鐵源化合物完全溶解，得到鋅-鐵混合溶液；步驟四中所述的鋅-鐵混合溶液中Zn2+與Fe3+的摩爾比為1:2；步驟四中所述的鋅源化合物的質(zhì)量與溶劑的體積比為1g：(120mL～180mL)；五、制備鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液：向鋅-鐵混合溶液中加入乙二醇和尿素，并磁力攪拌2h～4h，得到鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物的質(zhì)量與乙二醇的體積比為1g：(200mL～250mL)；步驟五中所述的鋅-鐵混合溶液中鋅源化合物與尿素的質(zhì)量比為1：(4～5)；六、制備共混物：將碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素混合溶液混合，并磁力攪拌混勻，得到共混物；步驟六中所述的碳微球懸濁液與鋅-鐵-乙二醇-尿素...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：廖麗霞，方濤，陳立鋼，王明，劉光躍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：黑龍江;23