一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法。本發(fā)明以三氯化鐵和四氯化錫為原料，通過(guò)一步水熱法合成楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒，合成方法簡(jiǎn)單，長(zhǎng)短可調(diào)、易于推廣。所得產(chǎn)品摻雜均勻、分散性好，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于獲得更高的容量，更好循環(huán)穩(wěn)定性以及更長(zhǎng)的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰電池因高的開(kāi)路電壓和能量密度，長(zhǎng)壽命，低自放電率，環(huán)境友好，且無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，繼鎳系電池后，被稱(chēng)為第三代可充電“綠色電池”。但由于目前商業(yè)化的石墨負(fù)極材料的比容量偏低，其他負(fù)極材料雖然比容量高，但是循環(huán)穩(wěn)定性差。為了滿(mǎn)足未來(lái)社會(huì)中將普遍使用的電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電源(“充電寶”)等的市場(chǎng)需求，以及航空航天、航海、人造衛(wèi)星、軍用通信設(shè)備、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)﹄娫吹男枨螅藗兤惹邢Ｍ_(kāi)發(fā)一些具有更高比容量，更好導(dǎo)電性和更好循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能的鋰離子電池。
[0003]過(guò)渡金屬氧化物由于具有較高理論容量，價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)成為鋰離子電池負(fù)極材料關(guān)注的焦點(diǎn)。(參考文獻(xiàn):A.1to, L.Zhao, S.0kada, J.-1.Yamaki, J.Power Sources 2011， 196， 8154—8159; J.Suj Μ.H.Cao, L.Ren, C.ff.Hu, J.Phys.Chem.C 2011， 115， 14469-14477; X.Chen, L.Li, X.Sunj Y.Liuj B.LuojC.Wang, Y.Bao, H.Xu, H.Peng, Angew.Chem.1nt.Ed.2011， 50， 5486-5489.)其中Fe2O3由于具有高理論容量，高穩(wěn)定性，對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)吸引了大家的廣泛關(guān)注。但目前還存在著倍率放電性能差、電導(dǎo)率低、循環(huán)壽命短等問(wèn)題。納米尺寸材料可以減緩在Li +脫嵌過(guò)程中的應(yīng)力變化，當(dāng)顆粒為納米級(jí)時(shí)，顆粒空隙間也為納米尺寸，可為鋰離子的嵌入提供了很好的納米通道和嵌鋰位置，具有大的嵌鋰容量和良好的嵌鋰性能，另外納米化還可以更有效的減緩在充放電過(guò)程中帶來(lái)的體積變化和團(tuán)聚粉化問(wèn)題，達(dá)到改善循環(huán)性能的目的。此外，金屬摻雜也是一種提高材料性能的有效方法，可提高材料導(dǎo)電性、改善材料表面電子分布。(參考文獻(xiàn):R.C.Jin, L.X.Yang, G.H.Li, G.Chen, RSC Adv.,2014， 4， 32781-32786; X.Y.Meng, G.ff.Qin, ff.A.Goddard, S.Li, H.J.Pan,X.H.Wen, Y.K.Qin, L.Zuo, J.Phys.Chem.C 2013，117，3779-3784.)但是，現(xiàn)有合成方法得到的錫摻雜三氧化二鐵納米粒子多大都為聚集態(tài)，分散性較差，這就在很大程度上減小了納米化對(duì)電池性能的提高，不能完全體現(xiàn)納米電極材料的特性。到目前為止，還沒(méi)有文獻(xiàn)和專(zhuān)利報(bào)道采用本文方法合成高分散的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法，使用該方法制備的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒具有合成方法簡(jiǎn)單、長(zhǎng)短可調(diào)、分散性好、比容量大、循環(huán)性能好等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法包括如下步驟:
分別將5?7 ml去離子水、10?30 mg無(wú)水三氯化鐵和5?15 mg四氯化錫加入到20ml燒杯中，磁力攪拌10?20 min，至固體全部溶解后，將溶液轉(zhuǎn)移到15 mL水熱反應(yīng)釜中，于170?200 °(:烘箱中反應(yīng)2?4 h。自然冷卻至室溫，離心分離(7000 rpm，8?10 min),再分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌數(shù)次，所得沉淀在烘箱中50?100 °C烘干8?10h，既得到楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
[0006]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明合成方法簡(jiǎn)單易行，一步合成楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒，即縮短了反應(yīng)步驟，又易于推廣。
[0007]2.本發(fā)明得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒具有摻雜均勻、長(zhǎng)短可調(diào)、分散性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。
[0008]3.使用本發(fā)明方法制備的Sn摻雜氧化鐵納米棒為鋰電池負(fù)極材料具有容量大、循環(huán)性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0009]
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1、為本發(fā)明制備得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的透射電鏡圖片；
圖2、為本發(fā)明制備得到的單個(gè)楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的面掃描圖片；
圖3、楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的XRD譜圖；
圖4、為本發(fā)明制備得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的首次充放電曲線(xiàn)；
圖5、為本發(fā)明制備得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的充放電循環(huán)曲線(xiàn)。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例
[0013]實(shí)施例1:
分別將6 ml去離子水、20 mg無(wú)水三氯化鐵和10 mg四氯化錫加入到20 ml燒杯中，磁力攪拌15 min，至固體全部溶解后，將溶液轉(zhuǎn)移到15 mL水熱反應(yīng)釜中，于180 °C烘箱中反應(yīng)4h。自然冷卻至室溫，離心分離(7000 rpm，8 min)，再分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌數(shù)次，所得沉淀在烘箱中100 °C烘干10 h，既得到楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
[0014]
實(shí)施例2:
分別將5 ml去離子水、10 mg無(wú)水三氯化鐵和5 mg四氯化錫加入到20 ml燒杯中，磁力攪拌10 min，至固體全部溶解后，將溶液轉(zhuǎn)移到15 mL水熱反應(yīng)釜中，于190 °C烘箱中反應(yīng)2h。自然冷卻至室溫，離心分離(7000 rpmaO min)，再分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌數(shù)次，所得沉淀在烘箱中80 °C烘干8 h，既得到楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
[0015]
實(shí)施例3:
分別將7 ml去離子水、22 mg無(wú)水三氯化鐵和11 mg四氯化錫加入到20 ml燒杯中，磁力攪拌20 min，至固體全部溶解后，將溶液轉(zhuǎn)移到15 mL水熱反應(yīng)釜中，于200 °C烘箱中反應(yīng)3h。自然冷卻至室溫，離心分離(7000 rpm，7 min)，再分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌數(shù)次，所得沉淀在烘箱中90 °C烘干9 h，既得到楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
[0016]
所述的制備出的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒用于鋰離子電池。以合成的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚偏氟乙烯為粘結(jié)劑，氮甲基吡咯烷酮為溶劑。電池的組裝過(guò)程為:將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、聚偏氟乙烯按70:20:10的重量比準(zhǔn)確稱(chēng)量，充分混合、研磨均勻，然后滴加匪P，繼續(xù)研磨至均勻漿狀。將漿料均勻涂于已稱(chēng)量過(guò)的銅箔上，然后在真空干燥箱中于120 °(:真空干燥12 h至恒重，10 MPa下壓片，再繼續(xù)干燥至少2 h，降到室溫后取出稱(chēng)重。
[0017]本發(fā)明用實(shí)驗(yàn)半電池來(lái)測(cè)試合成材料的電化學(xué)性能，模擬電池的組裝在無(wú)水無(wú)氧、充有氬氣的手套箱中完成。將烘干的極片、電池殼和隔膜放入手套箱。以金屬鋰片為對(duì)電極，聚丙烯多孔膜做隔膜，1.0 mo I/L LiPF6的EC_DMC(體積比1:1)溶液做電解液，組裝成扣式CR2025模擬電池，進(jìn)行充放電測(cè)試。
[0018]實(shí)驗(yàn)表明所制備的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒用于鋰離子電池負(fù)極材料具有很高的比容量和較好的循環(huán)性能。如圖4和5所示，在0.01-3.0 V電壓范圍內(nèi)，在200 mA g—1電流下充放電，其首次放電容量為1260 mA h g—1，經(jīng)100次循環(huán)后放電容量仍有925 mAh g—1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法，其特征是具體步驟如下: 分別將5?7 ml去離子水、10?30 mg無(wú)水三氯化鐵和5?15 mg四氯化錫加入到20ml燒杯中，磁力攪拌10?20 min，至固體全部溶解后，將溶液轉(zhuǎn)移到15 mL水熱反應(yīng)釜中，于170?200 °(:烘箱中反應(yīng)2?4 h，自然冷卻至室溫，離心分離7000 rpm，8?10 min，再分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌數(shù)次，所得沉淀在烘箱中50?100 °C烘干8?10 h，既得到楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
【文檔編號(hào)】H01M4/131GK106044864SQ201610632272
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月5日
【發(fā)明人】李鹿, 王春剛, 蘇忠民, 謝海明
【申請(qǐng)人】東北師范大學(xué)