[发明专利]α-Fe2

说明书

本发明提供了一种α‑Fe₂O₃@Si@C柔性锂离子电池负极材料及其制备方法，组分包括质量比为(2.55～2.63)：(1.01～1.35)：(1.12～1.34)：(2.00～2.22)的α‑Fe₂O₃纳米棒、Si、C和导电碳布，采用水热法和热处理得到碳布支撑的α‑Fe₂O₃纳米棒阵列后，通过两次磁控溅射依次在α‑Fe₂O₃纳米棒阵列表面包覆Si和C。本发明提高了材料的结构稳固性，加速了电化学反应，提高了电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池技术领域的柔性负极材料及其制备方法，具体为一种碳布支撑的碳、硅双层包覆α-Fe₂O₃纳米棒阵列负极材料(简称为α-Fe₂O₃@Si@C)。

背景技术

铁氧化物、硅基材料具有高理论容量、低成本、低毒性、宽广的实用性等优点，成为锂离子电池负极材料的一个研究热点。而以碳布代替铜箔作为集流体，不仅可提高良好的导电性，还使电极具有可弯曲的柔性性能，可应用于可穿戴设备及可折叠电子设备等领域，具有广阔的发展前景。

文献“EnergyEnvironmental Science,2012,5：107-1136559-6566”公开了逐步水热过程和自组装方法合成的TiO₂@α-Fe₂O₃/碳布负极材料，经过电化学性能测试，该材料的首次放电容量分别为497mAhg^-1，经过150次循环后，容量稳定在480mAhg^-1 (在电流密度120mAg^-1，电压范围0.1-3.0V)。此外，文献“Journal of Power Sources, 2015,280：107-113”公开了微波水热法合成的α-Fe₂O₃/石墨烯负极材料，经过电化学性能测试，该材料的首次放电容量分别为1170mAhg^-1，经过150次循环后，容量稳定在310mAhg^-1(在电流密度100mAg^-1，电压范围0.1-3.0V)。但是，这两种电极材料具有如下不足：材料的首次及多次循环后放电容量均较低(电化学性能较差)，不可逆容量较大，经过循环后放电保持容量较低(即循环性能欠佳)。这主要是由材料自身性质导致的，虽然第一种材料的库伦效率较高，但是其理论放电容量很低，在有限的范围内无法提高电极材料的充放电容量。而第二种材料在充放电循环过程中，体积发生了膨胀和收缩，引起晶粒破碎，结构崩塌，导致电极的破坏，减少了电极的循环寿命，并且其在脱插锂反应时容易“团聚”，致使初始不可逆容量增大，电化学性能降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种碳、硅双层包覆α-Fe₂O₃纳米棒阵列柔性负极材料，采用导电碳布作为负极材料的骨架，还提高了负极材料的导电性和柔性；α-Fe₂O₃阵列具有纳米级结构，为锂离子的运输提供了便捷的通道，增大了负极材料与电解液的接触面积；硅的引入极大地提高了负极材料在循环过程中的充放电容量；而碳包覆层有效地缓解了负极材料在充放电过程中产生的体积膨胀，极大地提高了材料的循环稳定性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳、硅双层包覆α-Fe₂O₃纳米棒阵列柔性负极材料，其组分包括质量比为(2.55～2.63)：(1.01～1.35)：(1.12～1.34)：(2.00～2.22)的α-Fe₂O₃纳米棒、Si、C和导电碳布，采用水热法和热处理得到碳布支撑的α-Fe₂O₃纳米棒阵列后，通过两次磁控溅射依次在α-Fe₂O₃纳米棒阵列表面包覆 Si和C。