[发明专利]三维蜂窝结构Fe3

说明书

本发明涉及锂离子电池电极的技术领域，尤其涉及一种三维蜂窝结构Fe₃O₄/生物质炭负极材料的制备方法。具体为采用通过一步水热法构筑纳米Fe₃O₄嵌入三维蜂窝结构的生物质炭中的复合结构，蜂窝结构像笼子一样包裹着纳米Fe₃O₄，有效地克服了Fe₃O₄在充放电过程中的体积效应和严重的极化现象。在0.005~3.0V的电压范围内，以1.5 A/g电流密度下进行充放电循环测试，循环1000次后，Fe₃O₄/C的放电比容量仍可保持在746 mAh/g，表明三维蜂窝结构大幅度地提高了Fe₃O₄的比容量和循环稳定性。本发明工艺简单易行，适合工业化的大规模推广。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极材料，尤其涉及一种三维蜂窝结构Fe₃O₄生物质炭负极材料的制备方法。

背景技术

随着石油、煤等能源的日益紧缩，人类社会正面临着越来越严重的能源危机。2015年在巴黎举行的气候变化大会上，联合国成员国达成共识，要把全球平均气温上升控制在较工业化前不超过2℃以内，并在本世纪后半叶，也就是2050-2100年之间，实现全球“碳中和”。2020年，我国在联合国大会上明确表示，2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。实现“碳达峰”和“碳达峰”的最有效的途径是减少排放，因此，发展绿色可再生的新能源取代当前碳排放集中的煤发电与供热是最根本的解决方法。但是未来主流的太阳能和风能等绿色可再生能源都存在间歇性的瓶颈性难题，必须发展配套的高性能储能装置，才可以有效的解决间歇性的难题，根本上解决二氧化碳的排放问题。

锂离子电池作为高性能的绿色储能装置，具有性能好、安全、成本低及环境友好等特点，日益成为太阳能、风能等新能源发电储能的首选。电极材料的性能好坏直接影响到锂离子电池的性能，因此高容量、长循环性能和安全性的电极材料成为人们研究的重点。四氧化三铁Fe₃O₄的比容量高达926 mAh/g，还具有储量丰富、成本低和环境友好等优点，近年来引起了广泛的关注。但是Fe₃O₄存在严重的体积效应、极化现象和结构不稳定等突出问题，导致电池在充放电过程中电压滞后大、循环稳定性差。改善Fe₃O₄电化学性能的最有效方法是与其他材料的复合，提高Fe₃O₄的导电性和抑制其在循环过程中的体积变化。

近年来，生物质炭因具有导电性高、绿色环保和可再生等优势，逐渐成为储能领域的研究热点。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，由于杏鲍菇的产量大，而且具有丰富的孔隙结构，通过碳化可以获得独特的三维蜂窝结构，将Fe₃O₄这种三维蜂窝结构中，可以有效克服Fe₃O₄的体积效应和极化严重等缺点。因此，三维蜂窝结构Fe3O4/生物质炭负极材料有望成为新一代高容量、高效率的锂离子电池负极材料，这种蜂窝结构还可以扩展到其他金属基材料，成为锂离子电池材料的普遍性改性方法，提供一种三维蜂窝结构Fe₃O₄生物质炭负极材料的制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种三维蜂窝结构Fe₃O₄生物质炭负极材料的制备方法包括：

第一步、三维蜂窝结构生物质炭的制备：

a、将杏鲍菇浸入10~200 g/L的氢氧化钾溶液中1~10h，然后冷冻干燥样品；

b、待样品完全干燥后，将样品放置在管式炉中，在惰性气氛下，300~800℃煅烧0.5~10h；