一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法。本發明以三氯化鐵和四氯化錫為原料，通過一步水熱法合成楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒，合成方法簡單，長短可調、易于推廣。所得產品摻雜均勻、分散性好，且結構穩定，有利于獲得更高的容量，更好循環穩定性以及更長的使用壽命。
【專利說明】
一種楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于納米復合材料及其應用技術領域，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】
[0002]鋰電池因高的開路電壓和能量密度，長壽命，低自放電率，環境友好，且無記憶效應等優點，繼鎳系電池后，被稱為第三代可充電“綠色電池”。但由于目前商業化的石墨負極材料的比容量偏低，其他負極材料雖然比容量高，但是循環穩定性差。為了滿足未來社會中將普遍使用的電動汽車、電動自行車、手機、筆記本計算機、移動電源(“充電寶”)等的市場需求，以及航空航天、航海、人造衛星、軍用通信設備、醫療等領域對電源的需求，人們迫切希望開發一些具有更高比容量，更好導電性和更好循環穩定性、倍率性能的鋰離子電池。
[0003]過渡金屬氧化物由于具有較高理論容量，價格低廉、環境友好等優點成為鋰離子電池負極材料關注的焦點。(參考文獻: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，高穩定性，對環境友好等特點吸引了大家的廣泛關注。但目前還存在著倍率放電性能差、電導率低、循環壽命短等問題。納米尺寸材料可以減緩在Li +脫嵌過程中的應力變化，當顆粒為納米級時，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程中帶來的體積變化和團聚粉化問題，達到改善循環性能的目的。此外，金屬摻雜也是一種提高材料性能的有效方法，可提高材料導電性、改善材料表面電子分布。(參考文獻: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，分散性較差，這就在很大程度上減小了納米化對電池性能的提高，不能完全體現納米電極材料的特性。到目前為止，還沒有文獻和專利報道采用本文方法合成高分散的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒。
【發明內容】
[0004]本發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單、長短可調、分散性好、比容量大、循環性能好等特點。
[0005]本發明楔形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，將溶液轉移到15 mL水熱反應釜中，于170?200 °(:烘箱中反應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水乙醇交替洗滌數次，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]本發明具有如下優點:
1.本發明合成方法簡單易行，一步合成楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒，即縮短了反應步驟，又易于推廣。
[0007]2.本發明得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒具有摻雜均勻、長短可調、分散性好，結構穩定等特點。
[0008]3.使用本發明方法制備的Sn摻雜氧化鐵納米棒為鋰電池負極材料具有容量大、循環性能好、使用壽命長等特點。
[0009]
【附圖說明】
[0010]圖1、為本發明制備得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的透射電鏡圖片；
圖2、為本發明制備得到的單個楔形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；
圖5、為本發明制備得到的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒的充放電循環曲線。
[0011]
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體實施例進一步闡述本發明，實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。
具體實施例
[0013]實施例1:
分別將6 ml去離子水、20 mg無水三氯化鐵和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，將溶液轉移到15 mL水熱反應釜中，于180 °C烘箱中反應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水乙醇交替洗滌數次，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]
實施例2:
分別將5 ml去離子水、10 mg無水三氯化鐵和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，將溶液轉移到15 mL水熱反應釜中，于190 °C烘箱中反應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水乙醇交替洗滌數次，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]
實施例3:
分別將7 ml去離子水、22 mg無水三氯化鐵和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，將溶液轉移到15 mL水熱反應釜中，于200 °C烘箱中反應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水乙醇交替洗滌數次，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，乙炔黑為導電劑，聚偏氟乙烯為粘結劑，氮甲基吡咯烷酮為溶劑。電池的組裝過程為:將活性物質、導電劑、聚偏氟乙烯按70:20:10的重量比準確稱量，充分混合、研磨均勻，然后滴加匪P，繼續研磨至均勻漿狀。將漿料均勻涂于已稱量過的銅箔上，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，再繼續干燥至少2 h，降到室溫后取出稱重。
[0017]本發明用實驗半電池來測試合成材料的電化學性能，模擬電池的組裝在無水無氧、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，進行充放電測試。
[0018]實驗表明所制備的楔形Sn摻雜氧化鐵納米棒用于鋰離子電池負極材料具有很高的比容量和較好的循環性能。如圖4和5所示，在0.01-3.0 V電壓范圍內，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100次循環后放電容量仍有925 mAh g—1。
【主權項】
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，將溶液轉移到15 mL水熱反應釜中，于170?200 °(:烘箱中反應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水乙醇交替洗滌數次，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】H01M4/131GK106044864SQ201610632272
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月5日
【發明人】李鹿, 王春剛, 蘇忠民, 謝海明
【申請人】東北師范大學