CN106328929A - 一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（1）制电极分散硅；（2）制FeOOH纳米棒；（3）制铁酸钴；（4）制复合材料。本发明制得的具有独特空心纳米管状结构的铁酸钴材料，制备流程不需使用任何模板剂，制备成本较低，且产品具有较高的纯度，作为锂离子电池负极材料使用时可显示出较高的充放电容量以及良好的循环性能和倍率性能；制得的电极分散硅具有较高的纯度，在硅的表面进一步包覆纳米结构的铁酸钴使得电极复合材料的导电性能得到提高，制备方法工艺简单，条件容易控制，制备所得的电极复合材料具有良好的电化学性能。

Description

一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法。
背景技术
人类对新能源的广泛运用，导致对大容量二次电池的需求迅速增加，如：航空航天、医疗器械、手持电子产品、电动汽车领域均要求具有大重量比容量以及或体积比容量的电池。锂离子电池技术的发展部分满足了市场的要求，但是对于更高容量电池的需求从未停止。锂离子电池是一种具有高容量、高电压、长循环寿命、无记忆效应等优点的二次电池，广泛应用于数码设备、电动自行车、电动汽车、储能等领域。锂离子电池的原理主要是储锂，也就是储存电子。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态。放电时正好相反，锂离子从负极脱出，经过电解液嵌入正极，电子则从外电路由负极流向正极，给负载供电。现有的无机电极材料的能量密度很难进一步提高。另一方面基于过渡金属，其资源有限，制备过程中的高温高能耗也带来了环境的负担。
纳米铁酸钴是一种具有尖晶石结构的金属铁氧化物。它们具有高的电学性能、高的居里温度以及优异的稳定性，已经广泛的运用到信息存储、电学器件和药物载体等领域。然而关于铁酸钴在超级电容器上的报道缺非常少。但铁酸钴材料与传统的过渡金属氧化物一样具有导电性能较差、锂离子嵌入/脱嵌过程体积变化显著的特点，因而传统铁酸钴材料的循环性能和倍率性能都不理想。近年来，研究人员尝试制备铁酸钴与碳的复合材料以及具有特殊形貌的纳米级铁酸钴材料，以改善铁酸钴材料的储锂性能，但这些材料的制备流程繁琐，难以推广。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法。
本发明采取的技术方案为：
一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）制电极分散硅：按照重量比2:3:5取固体氟硅酸钠、金属镁和二氧化硅混合，向反应容器中插入正极电极和负极电极，施加6-8V电压，保温反应4-5h，冷却得到还原产物；
（2）制FeOOH纳米棒：按照重量比取FeCl3·6H2O溶入3倍体积水中，控制温度为115-125 oC，保温4-5h，离心得沉淀，洗涤后在85 oC条件下烘干；
（3）制铁酸钴：按照重量比1:12:15取 FeOOH纳米棒、CoCl2·6H2O和尿素混合，溶解在混合物3倍体积的水溶液中，升高温度为80-90 oC，保温反应6-8h，过滤得到得到的产品在空气中煅烧1.5-2h；
（4）制复合材料：在冰浴状态下，将步骤（1）制得的电极硅按照3-5g/ml的量添加到由对苯二胺和2,4,6- 三氨基嘧啶按照重量比1:2组成的混合溶液中，向混合溶液中按照6-8g/ml的量添加步骤（3）中制得的铁酸钴，添加铁酸钴重量百分比0.05%的表面活性剂，采用超声波分散装置，控制超声波功率为1200W，超声分散20-25min，干燥。
进一步的，所述步骤（2）中洗涤用丙酮洗涤。
进一步的，所述步骤（4）中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠和脱氧胆酸钠按照重量比2:3组成的混合物。
本发明的有益效果为：
本发明制得的具有独特空心纳米管状结构的铁酸钴材料，制备流程不需使用任何模板剂，制备成本较低，且产品具有较高的纯度，作为锂离子电池负极材料使用时可显示出较高的充放电容量以及良好的循环性能和倍率性能；制得的电极分散硅具有较高的纯度，在硅的表面进一步包覆纳米结构的铁酸钴使得电极复合材料的导电性能得到提高，制备方法工艺简单，条件容易控制，制备所得的电极复合材料具有良好的电化学性能。
具体实施方式
实施例1
一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）制电极分散硅：按照重量比2:3:5取固体氟硅酸钠、金属镁和二氧化硅混合，向反应容器中插入正极电极和负极电极，施加6-8V电压，保温反应4-5h，冷却得到还原产物；
（2）制FeOOH纳米棒：按照重量比取FeCl3·6H2O溶入3倍体积水中，控制温度为115 oC，保温5h，离心得沉淀，洗涤后在85 oC条件下烘干；
（3）制铁酸钴：按照重量比1:12:15取 FeOOH纳米棒、CoCl2·6H2O和尿素混合，溶解在混合物3倍体积的水溶液中，升高温度为80 oC，保温反应8h，过滤得到得到的产品在空气中煅烧1.5h；
（4）制复合材料：在冰浴状态下，将步骤（1）制得的电极硅按照3-5g/ml的量添加到由对苯二胺和2,4,6- 三氨基嘧啶按照重量比1:2组成的混合溶液中，向混合溶液中按照6g/ml的量添加步骤（3）中制得的铁酸钴，添加铁酸钴重量百分比0.05%的表面活性剂，采用超声波分散装置，控制超声波功率为1200W，超声分散20min，干燥。
进一步的，所述步骤（2）中洗涤用丙酮洗涤。
进一步的，所述步骤（4）中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠和脱氧胆酸钠按照重量比2:3组成的混合物。
实施例2
一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）制电极分散硅：按照重量比2:3:5取固体氟硅酸钠、金属镁和二氧化硅混合，向反应容器中插入正极电极和负极电极，施加6-8V电压，保温反应4-5h，冷却得到还原产物；
（2）制FeOOH纳米棒：按照重量比取FeCl3·6H2O溶入3倍体积水中，控制温度为120 oC，保温4.5h，离心得沉淀，洗涤后在85 oC条件下烘干；
（3）制铁酸钴：按照重量比1:12:15取 FeOOH纳米棒、CoCl2·6H2O和尿素混合，溶解在混合物3倍体积的水溶液中，升高温度为85 oC，保温反应7h，过滤得到得到的产品在空气中煅烧1.8h；
（4）制复合材料：在冰浴状态下，将步骤（1）制得的电极硅按照3-5g/ml的量添加到由对苯二胺和2,4,6- 三氨基嘧啶按照重量比1:2组成的混合溶液中，向混合溶液中按照7g/ml的量添加步骤（3）中制得的铁酸钴，添加铁酸钴重量百分比0.05%的表面活性剂，采用超声波分散装置，控制超声波功率为1200W，超声分散23min，干燥。
进一步的，所述步骤（2）中洗涤用丙酮洗涤。
进一步的，所述步骤（4）中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠和脱氧胆酸钠按照重量比2:3组成的混合物。
实施例3
一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）制电极分散硅：按照重量比2:3:5取固体氟硅酸钠、金属镁和二氧化硅混合，向反应容器中插入正极电极和负极电极，施加6-8V电压，保温反应4-5h，冷却得到还原产物；
（2）制FeOOH纳米棒：按照重量比取FeCl3·6H2O溶入3倍体积水中，控制温度为125 oC，保温4h，离心得沉淀，洗涤后在85 oC条件下烘干；
（3）制铁酸钴：按照重量比1:12:15取 FeOOH纳米棒、CoCl2·6H2O和尿素混合，溶解在混合物3倍体积的水溶液中，升高温度为90 oC，保温反应6h，过滤得到得到的产品在空气中煅烧2h；
（4）制复合材料：在冰浴状态下，将步骤（1）制得的电极硅按照3-5g/ml的量添加到由对苯二胺和2,4,6- 三氨基嘧啶按照重量比1:2组成的混合溶液中，向混合溶液中按照8g/ml的量添加步骤（3）中制得的铁酸钴，添加铁酸钴重量百分比0.05%的表面活性剂，采用超声波分散装置，控制超声波功率为1200W，超声分散25min，干燥。
进一步的，所述步骤（2）中洗涤用丙酮洗涤。
进一步的，所述步骤（4）中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠和脱氧胆酸钠按照重量比2:3组成的混合物。
表1 电极复合材料的性能
导电材料 20mA/g充放电下比容量：mAh/g 电子电导率S/cm 离子扩散系数：cm2/S
实施例1 142 1.6*10-9 4.8*10-15
实施例2 144 1.9*10-9 4.6*10-15
实施例3 143 1.5*10-9 4.7*10-15
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）制电极分散硅：按照重量比2:3:5取固体氟硅酸钠、金属镁和二氧化硅混合，向反应容器中插入正极电极和负极电极，施加6-8V电压，保温反应4-5h，冷却得到还原产物；
（2）制FeOOH纳米棒：按照重量比取FeCl3·6H2O溶入3倍体积水中，控制温度为115-125 oC，保温4-5h，离心得沉淀，洗涤后在85 oC条件下烘干；
（3）制铁酸钴：按照重量比1:12:15取 FeOOH纳米棒、CoCl2·6H2O和尿素混合，溶解在混合物3倍体积的水溶液中，升高温度为80-90 oC，保温反应6-8h，过滤得到得到的产品在空气中煅烧1.5-2h；
（4）制复合材料：在冰浴状态下，将步骤（1）制得的电极硅按照3-5g/ml的量添加到由对苯二胺和2,4,6- 三氨基嘧啶按照重量比1:2组成的混合溶液中，向混合溶液中按照6-8g/ml的量添加步骤（3）中制得的铁酸钴，添加铁酸钴重量百分比0.05%的表面活性剂，采用超声波分散装置，控制超声波功率为1200W，超声分散20-25min，干燥。
2.根据权利要求1所述一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中洗涤用丙酮洗涤。
3.根据权利要求1所述一种高倍率性能的电极复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠和脱氧胆酸钠按照重量比2:3组成的混合物。
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CN107452952A (zh) * 2017-08-16 2017-12-08 华南师范大学 一种铁酸镍与硅的复合材料及其制备方法和应用
EP3767722A4 (en) * 2019-02-13 2021-05-26 Lg Chem, Ltd. POSITIVE ELECTRODE WITH GOETHITE FOR A LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH IT

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