[发明专利]表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料及其制备方法和在电池中的应用

说明书

本发明提供了表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料及其制备方法和在电池中的应用，制备方法为：首先对有机碳材料进行碳化预处理，然后加入铁盐、钴盐，NH₄F和尿素和异丙醇混合水溶液中进行反应得到。与现有技术相比，本发明中荷叶价格低廉，容易获得；钴酸铁和荷叶的复合材料使电池的循环稳定性大大提高，使用寿命提高，容量增大，大大提高了电池的容量和循环稳定性，减少了充放电过程中的活性物质的损失，从而提高了负极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池复合材料技术领域，具体涉及一种由表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料及其制备方法以及利用其制备的自支撑锂离子电池负极及锂离子电池。

背景技术

当今世界，人类社会发展日益加速，社会的发展同时对能源的需求和使用也大幅提高。如今能源问题已经成为世界人民关注的焦点。20世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响。21世纪以来，全球能源危机和环境问题日益严重，人类需要减少对化石燃料的依赖，因此大力发展环境友好的新能源和高效储能系统迫在眉睫。随着能源消耗的增加和全球气候变暖，一种高能量密度、低成本、无污染、使用寿命长的新型储能系统——锂离子二次电池应运而生。

综合起来看，锂离子电池具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小，而且没有记忆效应、工作温度范围宽、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高、输出功率大、使用寿命长、不含有毒有害物质等相当多的优点。

目前，锂离子电池还存在一些需要解决的问题：比如，(1)锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险；(2)钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差；(3)锂子电池均需保护线路，防止电池被过充电过放电；(4)生产要求条件高，成本高；(5)目前商业化锂离子电池实际比容量均小于200mAh/g、比能量均小于300Wh/kg，严重制约电动汽车、电子产品、智能电网等行业的发展。上述的问题限制着锂离子电池的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料，复合材料圆片并且表面生长了钴酸铁纳米簇。

本发明另一目的在于提供一种表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料的制备方法，利用溶剂热法初步合成了表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料，再煅烧，获得表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料。

本发明还提供了一种表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料的应用，用于制作锂离子电池。

本发明具体技术方案如下：

表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将有机碳材料碳化处理；

2)将铁盐、钴盐、氟化铵、尿素、水、步骤1)处理后的荷叶和异丙醇混匀，进行水热反应，产物煅烧，得到表面生长钴酸铁纳米簇的荷叶仿生结构复合材料。

步骤1)所述碳化处理是指：进行煅烧；

进一步的，将有机碳材料用水冲洗干净，烘干后再煅烧；

优选的，将新鲜的碳材料晒干后进行冲洗。

步骤1)所述的有机碳材料包括但不限于荷叶或竹叶。

进一步的，步骤1)所述烘干后，根据需要裁切再煅烧。优选的，裁剪成小圆片煅烧，由于组装纽扣电池的电极片就是小圆片，裁剪为圆片装入纽扣电池里面，按照电极片固定的大小规格裁剪。所述小圆片的直径为16毫米。

进一步的，步骤1)中，所述荷叶来自商业购买，将荷叶用去离子冲洗干净。

步骤1)中所述煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为2-3小时；

所述煅烧是指置于管式炉中煅烧；煅烧中保护气为氮气或氩气。