[发明专利]一种纳米带状或棒状的FeOOH及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，公开了一种纳米带状或棒状的FeOOH及其制备方法和应用。该方法是通过将三价铁盐溶解在去离子水中、再加入尿素，搅拌溶解后，然后加入十二烷基磺酸钠，搅拌溶解后，转移到水热釜中反应；将最终产物进行抽滤分离，用去离子水和无水乙醇洗涤，最终制备得到具有纳米带状的FeOOH。改变表面活性剂种类(聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠)可以获得纳米棒状FeOOH。本发明操作简单，制备的特殊结构纳米带状或棒状的FeOOH可以减少扩散距离和增大比表面积，在钠离子电池领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料技术领域，特别涉及一种纳米带状或棒状的FeOOH及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的快速发展以及人口急剧增加，化石燃料资源紧缺及环境污染问题日益严重，清洁、可再生能源的开发利用愈显重要和紧迫。近年来，锂离子电池因其具有能量密度高，工作电压高，循环寿命长，自放电效率小和绿色环保等突出优势，在手机、笔记本电脑、数码相机、电动工具等领域得到了广泛应用，并逐步向新能源汽车和储能等领域拓展。不断增长的锂离子电池市场，必然带来锂资源的短缺和锂价格上涨问题。因此，需要发展资源丰富和价格低廉的新型储能体系。钠离子电池体系由于具有资源丰富、价格低廉、环境友好，以及与锂离子电池相近的电化学性质，被认为是有前景的大规模储能装置。迄今为止，用于钠离子电池的负极材料有碳质材料、钛基材料、金属合金、金属硫化物和过渡金属氧化物等。其中过渡金属氧化物由于具有较高的理论容量而受到广泛关注。特别是以铁氧化合物为基础的材料由于其资源丰富、成本低、环境友好等特点被广泛开发。FeOOH具有锰钡矿型隧道结构，有利于钠离子的插层和传输。同时，Fe³⁺和OH-之间的弱离子键也有利于转化反应的发生。虽然FeOOH具有较高的理论容量(903mAh g^-1)，但其循环性能和倍率性能较差，这与颗粒开裂和不可逆相变有关。与理论容量相比，FeOOH循环性能和倍率性能还有待提高。目前提高FeOOH作为钠离子电池负极的循环稳定性主要采取的方法是减小FeOOH的颗粒尺寸，以缩短钠离子的扩散距离。纳米化可提供高表面积和低离子传输电阻，从而产生高特异性容量和速率能力,纳米颗粒缩短了钠离子的输运路径，促进了电极与电解质的接触；从而改善其电化学性能。因此，需要寻找一种简单高效的方法制备性能良好的钠离子电池负极材料。

发明内容

为了克服现有技术中存在的的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米带状或棒状的FeOOH的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的纳米带状或棒状的FeOOH；该材料具有大小均匀的纳米带或者纳米棒结构，纳米结构可提供高表面积和低离子传输电阻，从而产生高特异性容量和速率能力，薄纳米带或纳米棒缩短了钠离子的输运路径，促进了电极与电解质的接触；从而改善其电化学性能。

本发明的再一目的在于提供一种上述纳米带状或棒状的FeOOH的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米带状或棒状的FeOOH的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)将六水三氯化铁溶解在去离子水中，再将尿素固体加入其中，搅拌溶解，制得三氯化铁和尿素的混合液；

(2)往步骤(1)所得三氯化铁和尿素的混合液中加入表面活性剂，加热至70-90℃，同时进行搅拌，搅拌至完全溶解，制得混合溶液；所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)；当所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠时，所述搅拌的同时加热至70-90℃；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液转移到反应釜中进行水热反应；

(4)将水热反应最终所得产物进行抽滤，用去离子水和乙醇依次洗涤2-3次，干燥后得到纳米带状或棒状的FeOOH。