CN106410126A - 一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与应用 - Google Patents

一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与应用，其是先将三氯化铁，聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，在65℃‑85℃下搅拌反应4‑6 h后，经洗涤、焙烧得到中空氧化铁纳米棒；再将其与3,4‑乙烯二氧噻吩、过硫酸铵溶解在盐酸中，在15℃‑35℃下搅拌反应9‑11 h，经洗涤、干燥制得。本发明首次提供了一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可大量合成，并具有良好的理论容量及优异的循环稳定性，可作为负极材料用于制备锂离子电池，有效解决了目前锂离子负极材料存在的容量低、循环性能差等问题。

Description

一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与在制备锂离子电池上的应用。
背景技术
锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。电极材料是锂离子电池的核心部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素。传统的石墨负极材料理论比容量为372 mAh/g，已不能满足新一代高比容量锂离子电池负极材料的需求。与传统的石墨负极相比，过渡金属氧化物拥有较高的理论容量和首次充放电容量。但是这些过渡金属普通存在循环性能差的问题，限制了它们在锂离子电池中的实际应用。本发明在较低温度下，首次制备出聚噻吩包覆氧化铁中空纳米棒的复合纳米材料，这种材料很好地解决了上述问题，表现出优异的循环稳定性，而目前还未有聚噻吩包覆氧化铁中空纳米棒的制备方法及其在锂电池中的应用的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法与应用，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可大量合成，并具有良好的理论容量及优异的循环稳定性，可有效解决目前锂离子负极材料存在的容量低、循环性能差等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒，其制备方法包括以下步骤：
1）将0.01-0.02 mol三氯化铁、200-500 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于5-15mL去离子水中，在65℃-85℃下搅拌反应4-6 h，反应物经去离子水洗涤3遍后干燥，再于350℃-550℃焙烧1-3h，得到中空氧化铁纳米棒；
2）将20-40 mg中空氧化铁纳米棒与15-35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40-60 mg过硫酸铵溶解在10-20 mL 0.05-0.15 mol/L的盐酸中，在15℃-35℃下搅拌反应9-11 h，反应物经去离子水洗涤至中性并干燥。
所述聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒可作为负极材料用于制备锂离子电池，其制备方法为：在充满氩气的手套箱里，将所得聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒与聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均匀地涂布在1.3 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1 M LiPF6的EC+DEC+DMC（EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v）溶液。
本发明的显著优点在于：本发明首次提供了一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒及其制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，并具有良好的理论容量及优异的循环稳定性，可作为负极材料用于制备锂离子电池，有效解决了目前锂离子负极材料存在的容量低、循环性能差等问题。
附图说明
图1为纯氧化铁中空纳米棒的XRD图。
图2为纯氧化铁中空纳米棒的SEM图。
图3为聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的SEM图。
图4为纯氧化铁中空纳米棒与聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的循环曲线对比图。
图5为聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的充电曲线。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1）将0.01 mol三氯化铁、300 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于10mL去离子水中，在70℃下搅拌反应4 h，反应物经去离子水洗涤3遍后干燥，再于400℃焙烧1h，得到中空氧化铁纳米棒；
2）将30 mg中空氧化铁纳米棒与20 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、50 mg过硫酸铵溶解在15 mL 0.10 mol/L的盐酸中，在20℃下搅拌反应9 h，反应物经去离子水洗涤至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒。
图1为纯氧化铁中空纳米棒的XRD图。从图1可以看出，所制备的氧化铁中空纳米棒的衍射峰均与JCPDS标准卡片（PDF#87-1166）的衍射峰一致，说明其为纯相的氧化铁。
图2、图3分别为纯氧化铁中空纳米棒与聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的SEM图。从图2中可以看出，所制得的氧化铁中空纳米棒的宽度约为35-40 nm，长度约为250-400 nm；而从图3中可以看出所制得的氧化铁中空纳米棒表面均匀包覆着大量聚噻吩。
实施例2
1）将0.01 mol三氯化铁、200 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于5mL去离子水中，在85℃下搅拌反应4 h，反应物经去离子水洗涤3遍后干燥，再于350℃焙烧3h，得到中空氧化铁纳米棒；
2）将20 mg中空氧化铁纳米棒与15 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40 mg过硫酸铵溶解在20 mL 0.05 mol/L的盐酸中，在15℃下搅拌反应10 h，反应物经去离子水洗涤至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒。
实施例3
1）将0.02 mol三氯化铁、500 mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于15mL去离子水中，在65℃下搅拌反应6 h，反应物经去离子水洗涤3遍后干燥，再于550℃焙烧1h，得到中空氧化铁纳米棒；
2）将40 mg中空氧化铁纳米棒与35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、60 mg过硫酸铵溶解在10 mL 0.15 mol/L的盐酸中，在35℃下搅拌反应9 h，反应物经去离子水洗涤至中性并干燥，得到聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒。
实施例4 锂离子电池的组装
在充满氩气的手套箱里，将所得聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒与聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均匀地涂布在1.3 cm2的铜片上做负极，正极为金属锂，电解质是1 M LiPF6的EC+DEC+DMC（EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v）溶液。
图4为纯氧化铁中空纳米棒与聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的循环曲线对比图，图5为聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的充电曲线。如图中所示，纯的氧化铁比容量高，但是其容量衰减很快，经过200次循环后，其容量仅为200 mAh/g；而聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒虽然首次容量仅有580 mAh/g，但其比容量逐渐上升，在经过200次循环后可稳定在1000 mAh/g左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1. 一种聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
1）将0.01-0.02 mol三氯化铁、200-500 mg聚乙烯吡咯烷酮溶于5-15mL去离子水中，在65℃-85℃下搅拌反应4-6 h，反应物经去离子水洗涤3遍后干燥，再于350℃-550℃焙烧1-3h，得到中空氧化铁纳米棒；
2）将20-40 mg中空氧化铁纳米棒与15-35 μL 3,4-乙烯二氧噻吩、40-60 mg过硫酸铵溶解在10-20 mL 0.05-0.15 mol/L的盐酸中，在15℃-35℃下搅拌反应9-11 h，反应物经去离子水洗涤至中性并干燥。
2. 一种如权利要求1所述聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒的应用，其特征在于：作为负极材料用于制备锂离子电池。
3. 根据权利要求2所述应用，其特征在于：锂离子电池的制备方法为：在充满氩气的手套箱里，将所得聚噻吩包覆的氧化铁中空纳米棒与聚四氟乙烯、乙炔黑按质量比70-75:5-10:15-20混合研磨后，均匀地涂布在铜片上作为负极，正极为金属锂，电解质是1 M LiPF6的EC+DEC+DMC溶液，其中，EC/DEC/DMC=1/1/1 v/v/v。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281553A (zh) * 2018-01-10 2018-07-13 苏州大学 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩包覆氧化钨纳米棒、制备方法及其应用
CN114946857A (zh) * 2022-06-28 2022-08-30 吉林师范大学 一种中空型聚噻吩光催化抗菌剂及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101662021A (zh) * 2009-09-24 2010-03-03 无锡欧力达新能源电力科技有限公司 一种纳米包覆的正极材料及其二次铝电池的制备方法
CN102443251A (zh) * 2011-09-21 2012-05-09 中国科学院理化技术研究所 铁氧化物/聚（3，4-二氧乙基）噻吩复合纳米棒的制备方法
US20130146801A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Ying-Ting HUANG Composite material with conductive and ferromagnetic properties and hybrid slurry
US20130251624A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Korea University Research And Business Foundation Method for preparation of hematite iron oxide with different nanostructures and hematite iron oxide prepared thereby

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101662021A (zh) * 2009-09-24 2010-03-03 无锡欧力达新能源电力科技有限公司 一种纳米包覆的正极材料及其二次铝电池的制备方法
CN102443251A (zh) * 2011-09-21 2012-05-09 中国科学院理化技术研究所 铁氧化物/聚（3，4-二氧乙基）噻吩复合纳米棒的制备方法
US20130146801A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Ying-Ting HUANG Composite material with conductive and ferromagnetic properties and hybrid slurry
US20130251624A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Korea University Research And Business Foundation Method for preparation of hematite iron oxide with different nanostructures and hematite iron oxide prepared thereby

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281553A (zh) * 2018-01-10 2018-07-13 苏州大学 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩包覆氧化钨纳米棒、制备方法及其应用
CN108281553B (zh) * 2018-01-10 2021-08-06 苏州大学 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩包覆氧化钨纳米棒、制备方法及其应用
CN114946857A (zh) * 2022-06-28 2022-08-30 吉林师范大学 一种中空型聚噻吩光催化抗菌剂及制备方法
CN114946857B (zh) * 2022-06-28 2023-11-14 吉林师范大学 一种中空型聚噻吩光催化抗菌剂及制备方法

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